Python实现Canny及Hough算法代码实例解析

任务说明:编写一个钱币定位系统,其不仅能够检测出输入图像中各个钱币的边缘,同时,还能给出各个钱币的圆心坐标与半径。

效果

代码实现

Canny边缘检测:

# Author: Ji Qiu (BUPT)
# filename: my_canny.py

import cv2
import numpy as np

class Canny:

  def __init__(self, Guassian_kernal_size, img, HT_high_threshold, HT_low_threshold):
    '''
    :param Guassian_kernal_size: 高斯滤波器尺寸
    :param img: 输入的图片,在算法过程中改变
    :param HT_high_threshold: 滞后阈值法中的高阈值
    :param HT_low_threshold: 滞后阈值法中的低阈值
    '''
    self.Guassian_kernal_size = Guassian_kernal_size
    self.img = img
    self.y, self.x = img.shape[0:2]
    self.angle = np.zeros([self.y, self.x])
    self.img_origin = None
    self.x_kernal = np.array([[-1, 1]])
    self.y_kernal = np.array([[-1], [1]])
    self.HT_high_threshold = HT_high_threshold
    self.HT_low_threshold = HT_low_threshold

  def Get_gradient_img(self):
    '''
    计算梯度图和梯度方向矩阵。
    :return: 生成的梯度图
    '''
    print ('Get_gradient_img')

    new_img_x = np.zeros([self.y, self.x], dtype=np.float)
    new_img_y = np.zeros([self.y, self.x], dtype=np.float)
    for i in range(0, self.x):
      for j in range(0, self.y):
        if j == 0:
          new_img_y[j][i] = 1
        else:
          new_img_y[j][i] = np.sum(np.array([[self.img[j - 1][i]], [self.img[j][i]]]) * self.y_kernal)
        if i == 0:
          new_img_x[j][i] = 1
        else:
          new_img_x[j][i] = np.sum(np.array([self.img[j][i - 1], self.img[j][i]]) * self.x_kernal)

    gradient_img, self.angle = cv2.cartToPolar(new_img_x, new_img_y)#返回幅值和相位
    self.angle = np.tan(self.angle)
    self.img = gradient_img.astype(np.uint8)
    return self.img

  def Non_maximum_suppression (self):
    '''
    对生成的梯度图进行非极大化抑制,将tan值的大小与正负结合,确定离散中梯度的方向。
    :return: 生成的非极大化抑制结果图
    '''
    print ('Non_maximum_suppression')

    result = np.zeros([self.y, self.x])
    for i in range(1, self.y - 1):
      for j in range(1, self.x - 1):
        if abs(self.img[i][j]) <= 4:
          result[i][j] = 0
          continue
        elif abs(self.angle[i][j]) > 1:
          gradient2 = self.img[i - 1][j]
          gradient4 = self.img[i + 1][j]
          # g1 g2
          #  C
          #  g4 g3
          if self.angle[i][j] > 0:
            gradient1 = self.img[i - 1][j - 1]
            gradient3 = self.img[i + 1][j + 1]
          #  g2 g1
          #  C
          # g3 g4
          else:
            gradient1 = self.img[i - 1][j + 1]
            gradient3 = self.img[i + 1][j - 1]
        else:
          gradient2 = self.img[i][j - 1]
          gradient4 = self.img[i][j + 1]
          # g1
          # g2 C g4
          #   g3
          if self.angle[i][j] > 0:
            gradient1 = self.img[i - 1][j - 1]
            gradient3 = self.img[i + 1][j + 1]
          #   g3
          # g2 C g4
          # g1
          else:
            gradient3 = self.img[i - 1][j + 1]
            gradient1 = self.img[i + 1][j - 1]

        temp1 = abs(self.angle[i][j]) * gradient1 + (1 - abs(self.angle[i][j])) * gradient2
        temp2 = abs(self.angle[i][j]) * gradient3 + (1 - abs(self.angle[i][j])) * gradient4
        if self.img[i][j] >= temp1 and self.img[i][j] >= temp2:
          result[i][j] = self.img[i][j]
        else:
          result[i][j] = 0
    self.img = result
    return self.img

  def Hysteresis_thresholding(self):
    '''
    对生成的非极大化抑制结果图进行滞后阈值法,用强边延伸弱边,这里的延伸方向为梯度的垂直方向,
    将比低阈值大比高阈值小的点置为高阈值大小,方向在离散点上的确定与非极大化抑制相似。
    :return: 滞后阈值法结果图
    '''
    print ('Hysteresis_thresholding')

    for i in range(1, self.y - 1):
      for j in range(1, self.x - 1):
        if self.img[i][j] >= self.HT_high_threshold:
          if abs(self.angle[i][j]) < 1:
            if self.img_origin[i - 1][j] > self.HT_low_threshold:
              self.img[i - 1][j] = self.HT_high_threshold
            if self.img_origin[i + 1][j] > self.HT_low_threshold:
              self.img[i + 1][j] = self.HT_high_threshold
            # g1 g2
            #  C
            #  g4 g3
            if self.angle[i][j] < 0:
              if self.img_origin[i - 1][j - 1] > self.HT_low_threshold:
                self.img[i - 1][j - 1] = self.HT_high_threshold
              if self.img_origin[i + 1][j + 1] > self.HT_low_threshold:
                self.img[i + 1][j + 1] = self.HT_high_threshold
            #  g2 g1
            #  C
            # g3 g4
            else:
              if self.img_origin[i - 1][j + 1] > self.HT_low_threshold:
                self.img[i - 1][j + 1] = self.HT_high_threshold
              if self.img_origin[i + 1][j - 1] > self.HT_low_threshold:
                self.img[i + 1][j - 1] = self.HT_high_threshold
          else:
            if self.img_origin[i][j - 1] > self.HT_low_threshold:
              self.img[i][j - 1] = self.HT_high_threshold
            if self.img_origin[i][j + 1] > self.HT_low_threshold:
              self.img[i][j + 1] = self.HT_high_threshold
            # g1
            # g2 C g4
            #   g3
            if self.angle[i][j] < 0:
              if self.img_origin[i - 1][j - 1] > self.HT_low_threshold:
                self.img[i - 1][j - 1] = self.HT_high_threshold
              if self.img_origin[i + 1][j + 1] > self.HT_low_threshold:
                self.img[i + 1][j + 1] = self.HT_high_threshold
            #   g3
            # g2 C g4
            # g1
            else:
              if self.img_origin[i - 1][j + 1] > self.HT_low_threshold:
                self.img[i + 1][j - 1] = self.HT_high_threshold
              if self.img_origin[i + 1][j - 1] > self.HT_low_threshold:
                self.img[i + 1][j - 1] = self.HT_high_threshold
    return self.img

  def canny_algorithm(self):
    '''
    按照顺序和步骤调用以上所有成员函数。
    :return: Canny 算法的结果
    '''
    self.img = cv2.GaussianBlur(self.img, (self.Guassian_kernal_size, self.Guassian_kernal_size), 0)
    self.Get_gradient_img()
    self.img_origin = self.img.copy()
    self.Non_maximum_suppression()
    self.Hysteresis_thresholding()
    return self.img

Hough变换

# Author: Ji Qiu (BUPT)
# filename: my_hough.py

import numpy as np
import math

class Hough_transform:
  def __init__(self, img, angle, step=5, threshold=135):
    '''

    :param img: 输入的图像
    :param angle: 输入的梯度方向矩阵
    :param step: Hough 变换步长大小
    :param threshold: 筛选单元的阈值
    '''
    self.img = img
    self.angle = angle
    self.y, self.x = img.shape[0:2]
    self.radius = math.ceil(math.sqrt(self.y**2 + self.x**2))
    self.step = step
    self.vote_matrix = np.zeros([math.ceil(self.y / self.step), math.ceil(self.x / self.step), math.ceil(self.radius / self.step)])
    self.threshold = threshold
    self.circles = []

  def Hough_transform_algorithm(self):
    '''
    按照 x,y,radius 建立三维空间,根据图片中边上的点沿梯度方向对空间中的所有单
    元进行投票。每个点投出来结果为一折线。
    :return: 投票矩阵
    '''
    print ('Hough_transform_algorithm')

    for i in range(1, self.y - 1):
      for j in range(1, self.x - 1):
        if self.img[i][j] > 0:
          y = i
          x = j
          r = 0
          while y < self.y and x < self.x and y >= 0 and x >= 0:
            self.vote_matrix[math.floor(y / self.step)][math.floor(x / self.step)][math.floor(r / self.step)] += 1
            y = y + self.step * self.angle[i][j]
            x = x + self.step
            r = r + math.sqrt((self.step * self.angle[i][j])**2 + self.step**2)
          y = i - self.step * self.angle[i][j]
          x = j - self.step
          r = math.sqrt((self.step * self.angle[i][j])**2 + self.step**2)
          while y < self.y and x < self.x and y >= 0 and x >= 0:
            self.vote_matrix[math.floor(y / self.step)][math.floor(x / self.step)][math.floor(r / self.step)] += 1
            y = y - self.step * self.angle[i][j]
            x = x - self.step
            r = r + math.sqrt((self.step * self.angle[i][j])**2 + self.step**2)

    return self.vote_matrix

  def Select_Circle(self):
    '''
    按照阈值从投票矩阵中筛选出合适的圆,并作极大化抑制,这里的非极大化抑制我采
    用的是邻近点结果取平均值的方法,而非单纯的取极大值。
    :return: None
    '''
    print ('Select_Circle')

    houxuanyuan = []
    for i in range(0, math.ceil(self.y / self.step)):
      for j in range(0, math.ceil(self.x / self.step)):
        for r in range(0, math.ceil(self.radius / self.step)):
          if self.vote_matrix[i][j][r] >= self.threshold:
            y = i * self.step + self.step / 2
            x = j * self.step + self.step / 2
            r = r * self.step + self.step / 2
            houxuanyuan.append((math.ceil(x), math.ceil(y), math.ceil(r)))
    if len(houxuanyuan) == 0:
      print("No Circle in this threshold.")
      return
    x, y, r = houxuanyuan[0]
    possible = []
    middle = []
    for circle in houxuanyuan:
      if abs(x - circle[0]) <= 20 and abs(y - circle[1]) <= 20:
        possible.append([circle[0], circle[1], circle[2]])
      else:
        result = np.array(possible).mean(axis=0)
        middle.append((result[0], result[1], result[2]))
        possible.clear()
        x, y, r = circle
        possible.append([x, y, r])
    result = np.array(possible).mean(axis=0)
    middle.append((result[0], result[1], result[2]))

    def takeFirst(elem):
      return elem[0]

    middle.sort(key=takeFirst)
    x, y, r = middle[0]
    possible = []
    for circle in middle:
      if abs(x - circle[0]) <= 20 and abs(y - circle[1]) <= 20:
        possible.append([circle[0], circle[1], circle[2]])
      else:
        result = np.array(possible).mean(axis=0)
        print("Circle core: (%f, %f) Radius: %f" % (result[0], result[1], result[2]))
        self.circles.append((result[0], result[1], result[2]))
        possible.clear()
        x, y, r = circle
        possible.append([x, y, r])
    result = np.array(possible).mean(axis=0)
    print("Circle core: (%f, %f) Radius: %f" % (result[0], result[1], result[2]))
    self.circles.append((result[0], result[1], result[2]))

  def Calculate(self):
    '''
    按照算法顺序调用以上成员函数
    :return: 圆形拟合结果图,圆的坐标及半径集合
    '''
    self.Hough_transform_algorithm()
    self.Select_Circle()
    return self.circles

调用

# Author: Ji Qiu (BUPT)
# filename: main.py

import cv2
import math
from my_hough import Hough_transform
from my_canny import Canny

# np.set_printoptions(threshold=np.inf)
Path = "picture_source/picture.jpg"
Save_Path = "picture_result/"
Reduced_ratio = 2
Guassian_kernal_size = 3
HT_high_threshold = 25
HT_low_threshold = 6
Hough_transform_step = 6
Hough_transform_threshold = 110

if __name__ == '__main__':
  img_gray = cv2.imread(Path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
  img_RGB = cv2.imread(Path)
  y, x = img_gray.shape[0:2]
  img_gray = cv2.resize(img_gray, (int(x / Reduced_ratio), int(y / Reduced_ratio)))
  img_RGB = cv2.resize(img_RGB, (int(x / Reduced_ratio), int(y / Reduced_ratio)))
  # canny takes about 40 seconds
  print ('Canny ...')
  canny = Canny(Guassian_kernal_size, img_gray, HT_high_threshold, HT_low_threshold)
  canny.canny_algorithm()
  cv2.imwrite(Save_Path + "canny_result.jpg", canny.img)

  # hough takes about 30 seconds
  print ('Hough ...')
  Hough = Hough_transform(canny.img, canny.angle, Hough_transform_step, Hough_transform_threshold)
  circles = Hough.Calculate()
  for circle in circles:
    cv2.circle(img_RGB, (math.ceil(circle[0]), math.ceil(circle[1])), math.ceil(circle[2]), (28, 36, 237), 2)
  cv2.imwrite(Save_Path + "hough_result.jpg", img_RGB)
  print ('Finished!')

运行效果

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持我们。

(0)

相关推荐

  • python Canny边缘检测算法的实现

    图像边缘信息主要集中在高频段,通常说图像锐化或检测边缘,实质就是高频滤波.我们知道微分运算是求信号的变化率,具有加强高频分量的作用.在空域运算中来说,对图像的锐化就是计算微分.对于数字图像的离散信号,微分运算就变成计算差分或梯度.图像处理中有多种边缘检测(梯度)算子,常用的包括普通一阶差分,Robert算子(交叉差分),Sobel算子等等,是基于寻找梯度强度.拉普拉斯算子(二阶差分)是基于过零点检测.通过计算梯度,设置阀值,得到边缘图像. Canny边缘检测算子是一种多级检测算法.1986年由J

  • opencv python Canny边缘提取实现过程解析

    这篇文章主要介绍了opencv python Canny边缘提取实现过程解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 Canny是边缘提取算法,在1986年提出的是一个很好的边缘检测器Canny算法介绍 非最大信号抑制: 高低阈值连接: example import cv2 as cv import numpy as np # canny运算步骤:5步 # 1. 高斯模糊 - GaussianBlur # 2. 灰度转换 - cvtCol

  • python语言编程实现凯撒密码、凯撒加解密算法

    凯撒密码的原理:计算并输出偏移量为3的凯撒密码的结果 注意:密文是大写字母,在变换加密之前把明文字母都替换为大写字母 def casar(message): # *************begin************# message1=message.upper() #把明文字母变成大写 message1=list(message1) #将明文字符串转换成列表 list1=[] for i in range(len(message1)): if message1[i]==' ': lis

  • python hough变换检测直线的实现方法

    1 原理  2 检测步骤 将参数空间(ρ,θ) 量化成m*n(m为ρ的等份数,n为θ的等份数)个单元,并设置累加器矩阵,初始值为0: 对图像边界上的每一个点(x,y)带入ρ=xcosθ+ysinθ,求得每个θ对应的ρ值,并在ρ和θ所对应的单元,将累加器加1,即:Q(i,j)=Q(i,j)+1: 检验参数空间中每个累加器的值,累加器最大的单元所对应的ρ和θ即为直角坐标系中直线方程的参数.  3 接口 image:二值图像,canny边缘检测输出.这里是result. rho: 以像素为单位的距离精

  • python实现mean-shift聚类算法

    本文实例为大家分享了python实现mean-shift聚类算法的具体代码,供大家参考,具体内容如下 1.新建MeanShift.py文件 import numpy as np # 定义 预先设定 的阈值 STOP_THRESHOLD = 1e-4 CLUSTER_THRESHOLD = 1e-1 # 定义度量函数 def distance(a, b): return np.linalg.norm(np.array(a) - np.array(b)) # 定义高斯核函数 def gaussian

  • Python实现ElGamal加密算法的示例代码

    在密码学中,ElGamal加密算法是一个基于迪菲-赫尔曼密钥交换的非对称加密算法.它在1985年由塔希尔·盖莫尔提出.GnuPG和PGP等很多密码学系统中都应用到了ElGamal算法. ElGamal加密算法可以定义在任何循环群G上.它的安全性取决于G上的离散对数难题. 使用Python实现ElGamal加密算法,完成加密解密过程,明文使用的是125位数字(1000比特). 代码如下: import random from math import pow a = random.randint(2

  • 使用OpenCV-python3实现滑动条更新图像的Canny边缘检测功能

    import cv2 from matplotlib import pyplot as plt import numpy as np img= cv2.imread('39.jpg')#加载图片 cv2.namedWindow('Canny edge detect')#设置窗口,cv2.WINDOW_NORMAL表示窗口大小可自动调节 cv2.namedWindow('Original Image',cv2.WINDOW_NORMAL) cv2.namedWindow('Canny edgeIm

  • Python实现Canny及Hough算法代码实例解析

    任务说明:编写一个钱币定位系统,其不仅能够检测出输入图像中各个钱币的边缘,同时,还能给出各个钱币的圆心坐标与半径. 效果 代码实现 Canny边缘检测: # Author: Ji Qiu (BUPT) # filename: my_canny.py import cv2 import numpy as np class Canny: def __init__(self, Guassian_kernal_size, img, HT_high_threshold, HT_low_threshold)

  • Python下划线5种含义代码实例解析

    五种Python下划线模式速查表: 单前导下划线:_var 当涉及到变量和方法名称时,单个下划线前缀有一个约定俗成的含义. 它是对程序员的一个提示 - 意味着Python社区一致认为它应该是什么意思,但程序的行为不受影响. 下划线前缀的含义是告知其他程序员:以单个下划线开头的变量或方法仅供内部使用. 该约定在PEP 8中有定义. 这不是Python强制规定的. Python不像Java那样在"私有"和"公共"变量之间有很强的区别. 这就像有人提出了一个小小的下划线警

  • 基于JS实现计算24点算法代码实例解析

    前言 休息的时候无意间看到群里有人发出了华为的校招题,一开始看题目的时候觉得很简单,于是晚上就试着写了一下,结果写的过程中打脸,不断的整理逻辑不断的重写,但我的性格又是不做出来晚上睡不好的那种,于是在做出来的时候就分享给大家(快凌晨三点了有木有,这校招题难度都达到这级别了?o(╥﹏╥)o) 题目描述 审题要注意:1+2+3*4是前面三个已经相加为6再乘4,没有括号!! 代码: <!DOCTYPE html> <html lang="en"> <head&g

  • Python实现七个基本算法的实例代码

    1.顺序查找 当数据存储在诸如列表的集合中时,我们说这些数据具有线性或顺序关系. 每个数据元素都存储在相对于其他数据元素的位置. 由于这些索引值是有序的,我们可以按顺序访问它们. 这个过程产实现的搜索即为顺序查找. 顺序查找原理剖析:从列表中的第一个元素开始,我们按照基本的顺序排序,简单地从一个元素移动到另一个元素,直到找到我们正在寻找的元素或遍历完整个列表.如果我们遍历完整个列表,则说明正在搜索的元素不存在. 代码实现:该函数需要一个列表和我们正在寻找的元素作为参数,并返回一个是否存在的布尔值

  • Python实现图片批量加入水印代码实例

    这篇文章主要介绍了Python实现图片批量加入水印代码实例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 写文章的时候可以设置是否添加水印.可是,有些图片可能想加水印,有些不想加水印,该怎么办呢? 配置环境 python3 + pillow pip3 install pillow 引入库 from PIL import Image, ImageSequence import os import random 效果预览: 使用方法: 在脚本同目录

  • python有序查找算法 二分法实例解析

    这篇文章主要介绍了python有序查找算法 二分法实例解析,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 二分法是一种快速查找的方法,时间复杂度低,逻辑简单易懂,总的来说就是不断的除以2除以2... 但是需要注意: 待查找的序列区间单调有序 例如需要查找有序数组arr里面的某个关键字key的位置,那么首先确认arr的中位数或者中点center,下面分为三种情况: 假如arr[center]>key,说明key在arr中心左边范围: 假如arr[

  • python英语单词测试小程序代码实例

    这篇文章主要介绍了python英语单词测试小程序代码实例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 爬取了扇贝英语网,并制作了一个英语单词测试的小程序,还能生成错词本,一起来看下代码吧- import requests #扇贝网爬虫,获取英语单词 category_res=requests.get('https://www.shanbay.com/api/v1/vocabtest/category/?_=1566889802182') ca

  • python制作英语翻译小工具代码实例

    这篇文章主要介绍了python制作英语翻译小工具代码实例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 用python爬虫可以制作英语翻译小工具.来看下代码吧- import requests,json #函数封装 def translator(): session=requests.session() i=input('请问你要翻译什么?') url='http://fanyi.youdao.com/translate' headers={

  • 用Python画一个LinkinPark的logo代码实例

    这篇文章主要介绍了用Python画一个LinkinPark的logo代码实例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 代码如下 # -*- coding: UTF-8 -*- from turtle import * width(17) right(25) circle(150,200,20) left(65) forward(240) left(120) forward(195) left(120) forward(135) left(

  • js图数据结构处理 迪杰斯特拉算法代码实例

    这篇文章主要介绍了js图数据结构处理 迪杰斯特拉算法代码实例,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下 /*//1.确定数据结构, mapf[i][j] 为点i到点j的距离 [ Infinity 2 5 Infinity Infinity Infinity Infinity 2 6 Infinity Infinity Infinity Infinity 7 1 Infinity Infinity 2 Infinity 4 Infinity

随机推荐