【OpenCV 例程200篇】65. 图像锐化——Scharr 算子

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3. 空间域锐化滤波(高通滤波)

图像模糊通过平滑(加权平均)来实现,类似于积分运算。图像锐化则通过微分运算(有限差分)实现,使用一阶微分或二阶微分都可以得到图像灰度的变化值。

图像锐化的目的是增强图像的灰度跳变部分,使模糊的图像变得清晰。图像锐化也称为高通滤波,通过和增强高频,衰减和抑制低频。图像锐化常用于电子印刷、医学成像和工业检测。

图像梯度提取方法简单直接,能够有效的描述图像的原始状态,因此发展出多种图像梯度算子:Roberts、Prewitt、Sobel、Laplacian、Scharr。

3.5 Scharr 算子

Scharr 算子也称为 Scharr 滤波器,计算 x 轴或 y 轴方向的图像差分。

Scharr 算子是 Soble 算子在 ksize=3 时的优化,与 Soble 的速度相同,且精度更高。Scharr 算子与 Sobel 算子的不同点是在平滑部分,其中心元素占的权重更重,相当于使用较小标准差的高斯函数,也就是更瘦高的模板。

Scharr 算子的卷积核为:
Gx=[−303−10010−303],Gy=[−310−300103103]G_x = \begin{bmatrix} -3 & 0 &3\\ -10 & 0 &10\\ -3 & 0 &3\\ \end{bmatrix}, \ G_y = \begin{bmatrix} -3 &10 &-3\\ 0 &0 &10\\ 3 &10 &3\\ \end{bmatrix} Gx​=⎣⎡​−3−10−3​000​3103​⎦⎤​, Gy​=⎣⎡​−303​10010​−3103​⎦⎤​

Scharr 算子很容易通过卷积操作 cv.filter2D 实现,OpenCV 也提供了函数 cv.Scharr 实现 Scharr 算子。

函数说明:

cv.Scharr(src, ddepth, dx, dy[, dst[, scale[, delta[, borderType]]]]) → dst

参数说明:

  • src:输入图像
  • dst:输出图像,大小和类型与 src 相同
  • ddepth:输出图片的数据深度,由输入图像的深度进行选择
  • dx:x 轴方向导数的阶数
  • dy:y 轴方向导数的阶数
  • scale:缩放比例因子,可选项,默认值为 1
  • delta:输出图像的偏移量,可选项,默认值为 0
  • borderType:边界扩充的类型,注意不支持对侧填充(BORDER_WRAP)

例程 1.80:图像锐化:Scharr 算子

    # 1.80:图像锐化:Scharr 算子# img = cv2.imread("../images/Fig0338a.tif", flags=0)  # NASA 月球影像图img = cv2.imread("../images/imgGaia.tif", flags=0)# 使用函数 filter2D 实现 Scharr 算子kernScharrX = np.array([[-3, 0, 3], [-10, 0, 10], [-3, 0, 3]])  # ScharrX kernelkernScharrY = np.array([[-3, 10, -3], [0, 0, 10], [3, 10, 3]])  # ScharrY kernel# 使用 cv2.Scharr 实现 Scharr 算子ScharrX = cv2.Scharr(img, cv2.CV_16S, 1, 0)  # 计算 x 轴方向ScharrY = cv2.Scharr(img, cv2.CV_16S, 0, 1)  # 计算 y 轴方向absX = cv2.convertScaleAbs(ScharrX)  # 转回 uint8absY = cv2.convertScaleAbs(ScharrY)  # 转回 uint8ScharrXY = cv2.addWeighted(absX, 0.5, absY, 0.5, 0)  # 用绝对值近似平方根plt.figure(figsize=(10, 6))plt.subplot(141), plt.axis('off'), plt.title("Original")plt.imshow(img, cmap='gray', vmin=0, vmax=255)plt.subplot(142), plt.axis('off'), plt.title("ScharrX")plt.imshow(ScharrX, cmap='gray', vmin=0, vmax=255)plt.subplot(143), plt.axis('off'), plt.title("ScharrY")plt.imshow(ScharrY, cmap='gray', vmin=0, vmax=255)plt.subplot(144), plt.axis('off'), plt.title("ScharrXY")plt.imshow(ScharrXY, cmap='gray')plt.tight_layout()plt.show()


(本节完)


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