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python數(shù)字圖像處理之高級(jí)形態(tài)學(xué)處理

 更新時(shí)間:2018年04月27日 09:30:34   作者:denny402  
這篇文章主要介紹了python數(shù)字圖像處理之高級(jí)形態(tài)學(xué)處理,小編覺(jué)得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,也給大家做個(gè)參考。一起跟隨小編過(guò)來(lái)看看吧

形態(tài)學(xué)處理,除了最基本的膨脹、腐蝕、開(kāi)/閉運(yùn)算、黑/白帽處理外,還有一些更高級(jí)的運(yùn)用,如凸包,連通區(qū)域標(biāo)記,刪除小塊區(qū)域等。

1、凸包

凸包是指一個(gè)凸多邊形,這個(gè)凸多邊形將圖片中所有的白色像素點(diǎn)都包含在內(nèi)。

函數(shù)為:

skimage.morphology.convex_hull_image(image)

輸入為二值圖像,輸出一個(gè)邏輯二值圖像。在凸包內(nèi)的點(diǎn)為T(mén)rue, 否則為False

例:

import matplotlib.pyplot as plt
from skimage import data,color,morphology

#生成二值測(cè)試圖像
img=color.rgb2gray(data.horse())
img=(img<0.5)*1

chull = morphology.convex_hull_image(img)

#繪制輪廓
fig, axes = plt.subplots(1,2,figsize=(8,8))
ax0, ax1= axes.ravel()
ax0.imshow(img,plt.cm.gray)
ax0.set_title('original image')

ax1.imshow(chull,plt.cm.gray)
ax1.set_title('convex_hull image')

convex_hull_image()是將圖片中的所有目標(biāo)看作一個(gè)整體,因此計(jì)算出來(lái)只有一個(gè)最小凸多邊形。如果圖中有多個(gè)目標(biāo)物體,每一個(gè)物體需要計(jì)算一個(gè)最小凸多邊形,則需要使用convex_hull_object()函數(shù)。

函數(shù)格式:skimage.morphology.convex_hull_object(image,neighbors=8)

輸入?yún)?shù)image是一個(gè)二值圖像,neighbors表示是采用4連通還是8連通,默認(rèn)為8連通。

例:

import matplotlib.pyplot as plt
from skimage import data,color,morphology,feature

#生成二值測(cè)試圖像
img=color.rgb2gray(data.coins())
#檢測(cè)canny邊緣,得到二值圖片
edgs=feature.canny(img, sigma=3, low_threshold=10, high_threshold=50) 

chull = morphology.convex_hull_object(edgs)

#繪制輪廓
fig, axes = plt.subplots(1,2,figsize=(8,8))
ax0, ax1= axes.ravel()
ax0.imshow(edgs,plt.cm.gray)
ax0.set_title('many objects')
ax1.imshow(chull,plt.cm.gray)
ax1.set_title('convex_hull image')
plt.show()

2、連通區(qū)域標(biāo)記

在二值圖像中,如果兩個(gè)像素點(diǎn)相鄰且值相同(同為0或同為1),那么就認(rèn)為這兩個(gè)像素點(diǎn)在一個(gè)相互連通的區(qū)域內(nèi)。而同一個(gè)連通區(qū)域的所有像素點(diǎn),都用同一個(gè)數(shù)值來(lái)進(jìn)行標(biāo)記,這個(gè)過(guò)程就叫連通區(qū)域標(biāo)記。在判斷兩個(gè)像素是否相鄰時(shí),我們通常采用4連通或8連通判斷。在圖像中,最小的單位是像素,每個(gè)像素周?chē)?個(gè)鄰接像素,常見(jiàn)的鄰接關(guān)系有2種:4鄰接與8鄰接。4鄰接一共4個(gè)點(diǎn),即上下左右,如下左圖所示。8鄰接的點(diǎn)一共有8個(gè),包括了對(duì)角線位置的點(diǎn),如下右圖所示。

在skimage包中,我們采用measure子模塊下的label()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)連通區(qū)域標(biāo)記。

函數(shù)格式:

skimage.measure.label(image,connectivity=None)

參數(shù)中的image表示需要處理的二值圖像,connectivity表示連接的模式,1代表4鄰接,2代表8鄰接。

輸出一個(gè)標(biāo)記數(shù)組(labels), 從0開(kāi)始標(biāo)記。

import numpy as np
import scipy.ndimage as ndi
from skimage import measure,color
import matplotlib.pyplot as plt

#編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)來(lái)生成原始二值圖像
def microstructure(l=256):
  n = 5
  x, y = np.ogrid[0:l, 0:l] #生成網(wǎng)絡(luò)
  mask = np.zeros((l, l))
  generator = np.random.RandomState(1) #隨機(jī)數(shù)種子
  points = l * generator.rand(2, n**2)
  mask[(points[0]).astype(np.int), (points[1]).astype(np.int)] = 1
  mask = ndi.gaussian_filter(mask, sigma=l/(4.*n)) #高斯濾波
  return mask > mask.mean()

data = microstructure(l=128)*1 #生成測(cè)試圖片

labels=measure.label(data,connectivity=2) #8連通區(qū)域標(biāo)記
dst=color.label2rgb(labels) #根據(jù)不同的標(biāo)記顯示不同的顏色
print('regions number:',labels.max()+1) #顯示連通區(qū)域塊數(shù)(從0開(kāi)始標(biāo)記)

fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(8, 4))
ax1.imshow(data, plt.cm.gray, interpolation='nearest')
ax1.axis('off')
ax2.imshow(dst,interpolation='nearest')
ax2.axis('off')

fig.tight_layout()
plt.show()

在代碼中,有些地方乘以1,則可以將bool數(shù)組快速地轉(zhuǎn)換為int數(shù)組。

結(jié)果如圖:有10個(gè)連通的區(qū)域,標(biāo)記為0-9

如果想分別對(duì)每一個(gè)連通區(qū)域進(jìn)行操作,比如計(jì)算面積、外接矩形、凸包面積等,則需要調(diào)用measure子模塊的regionprops()函數(shù)。該函數(shù)格式為:

skimage.measure.regionprops(label_image)

返回所有連通區(qū)塊的屬性列表,常用的屬性列表如下表:

屬性名稱(chēng) 類(lèi)型 描述
area int 區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)總數(shù)
bbox tuple 邊界外接框(min_row, min_col, max_row, max_col)
centroid array   質(zhì)心坐標(biāo)
convex_area int 凸包內(nèi)像素點(diǎn)總數(shù)
convex_image ndarray 和邊界外接框同大小的凸包  
coords ndarray 區(qū)域內(nèi)像素點(diǎn)坐標(biāo)
Eccentricity  float 離心率
equivalent_diameter  float 和區(qū)域面積相同的圓的直徑
euler_number int   區(qū)域歐拉數(shù)
extent  float 區(qū)域面積和邊界外接框面積的比率
filled_area int 區(qū)域和外接框之間填充的像素點(diǎn)總數(shù)
perimeter  float 區(qū)域周長(zhǎng)
label int 區(qū)域標(biāo)記

3、刪除小塊區(qū)域

有些時(shí)候,我們只需要一些大塊區(qū)域,那些零散的、小塊的區(qū)域,我們就需要?jiǎng)h除掉,則可以使用morphology子模塊的remove_small_objects()函數(shù)。

函數(shù)格式:skimage.morphology.remove_small_objects(ar,min_size=64,connectivity=1,in_place=False)

參數(shù):

ar: 待操作的bool型數(shù)組。

min_size: 最小連通區(qū)域尺寸,小于該尺寸的都將被刪除。默認(rèn)為64.

connectivity: 鄰接模式,1表示4鄰接,2表示8鄰接

in_place: bool型值,如果為T(mén)rue,表示直接在輸入圖像中刪除小塊區(qū)域,否則進(jìn)行復(fù)制后再刪除。默認(rèn)為False.

返回刪除了小塊區(qū)域的二值圖像。

import numpy as np
import scipy.ndimage as ndi
from skimage import morphology
import matplotlib.pyplot as plt

#編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)來(lái)生成原始二值圖像
def microstructure(l=256):
  n = 5
  x, y = np.ogrid[0:l, 0:l] #生成網(wǎng)絡(luò)
  mask = np.zeros((l, l))
  generator = np.random.RandomState(1) #隨機(jī)數(shù)種子
  points = l * generator.rand(2, n**2)
  mask[(points[0]).astype(np.int), (points[1]).astype(np.int)] = 1
  mask = ndi.gaussian_filter(mask, sigma=l/(4.*n)) #高斯濾波
  return mask > mask.mean()

data = microstructure(l=128) #生成測(cè)試圖片

dst=morphology.remove_small_objects(data,min_size=300,connectivity=1)

fig, (ax1, ax2) = plt.subplots(1, 2, figsize=(8, 4))
ax1.imshow(data, plt.cm.gray, interpolation='nearest')
ax2.imshow(dst,plt.cm.gray,interpolation='nearest')

fig.tight_layout()
plt.show()

在此例中,我們將面積小于300的小塊區(qū)域刪除(由1變?yōu)?),結(jié)果如下圖:

4、綜合示例:閾值分割+閉運(yùn)算+連通區(qū)域標(biāo)記+刪除小區(qū)塊+分色顯示

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.patches as mpatches
from skimage import data,filter,segmentation,measure,morphology,color

#加載并裁剪硬幣圖片
image = data.coins()[50:-50, 50:-50]

thresh =filter.threshold_otsu(image) #閾值分割
bw =morphology.closing(image > thresh, morphology.square(3)) #閉運(yùn)算

cleared = bw.copy() #復(fù)制
segmentation.clear_border(cleared) #清除與邊界相連的目標(biāo)物

label_image =measure.label(cleared) #連通區(qū)域標(biāo)記
borders = np.logical_xor(bw, cleared) #異或
label_image[borders] = -1
image_label_overlay =color.label2rgb(label_image, image=image) #不同標(biāo)記用不同顏色顯示

fig,(ax0,ax1)= plt.subplots(1,2, figsize=(8, 6))
ax0.imshow(cleared,plt.cm.gray)
ax1.imshow(image_label_overlay)

for region in measure.regionprops(label_image): #循環(huán)得到每一個(gè)連通區(qū)域?qū)傩约?
  
  #忽略小區(qū)域
  if region.area < 100:
    continue

  #繪制外包矩形
  minr, minc, maxr, maxc = region.bbox
  rect = mpatches.Rectangle((minc, minr), maxc - minc, maxr - minr,
               fill=False, edgecolor='red', linewidth=2)
  ax1.add_patch(rect)
fig.tight_layout()
plt.show()

以上就是本文的全部?jī)?nèi)容,希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。

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