不规则形状渐变掩模（gradient mask）的生成

渐变掩模

对于规则形状，比如圆形的渐变掩模生成是比较简单的，因为每一圈上像素的位置是固定的，只需要对每一圈上的像素填充上不同的值即可生成渐变的Mask，如图1所示为一个圆形的渐变Mask。
图1

但是这种Mask生成方式并不适用于不规则的形状，下面将描述一种生成不规则形状Mask的方法。

不规则渐变Mask的生成

如图2所示为一个不规则的圆环形状。如果希望图示的白色区域是一个渐变的显示，则可以图像中心为原点，作多条直线进行采样（图3），则可得到每条直线穿过的像素点坐标，继而实现径向的像素值的渐变。
图2
本示例的采样率为1degree，即每旋转1°采样一次，图3仅展示部分角度的采样直线。
图3

最终的渐变Mask如图4所示，沿着不规则环形的内侧边缘，每个径向有10步（10个像素）下降。

代码实现

定义

import os
import numpy as np
import math
from matplotlib import pyplot as plt
from scipy.interpolate import interp1d
import cv2sample_freq = 1 # deg
sample_steps = int(180/sample_freq)
coordinate_xAxis = np.reshape(np.arange(0,128),(1,128)) #1*128
coordinate_xAxis = np.repeat(coordinate_xAxis,128,axis=0) # 128*128
coordinate_xAxis = coordinate_xAxis-64+0.5
coordinate_yAxis = np.reshape(np.arange(127,-1,-1),(128,1)) #128*1
coordinate_yAxis = np.repeat(coordinate_yAxis,128,axis=1) # 128*128
coordinate_yAxis = coordinate_yAxis-64+0.5
angle = np.arctan(coordinate_yAxis/coordinate_xAxis)*180/math.pi # degree
angle[angle<0] +=180
pixel_index = []
line_index_1 = np.floor(angle/sample_freq)
line_index_2 = np.ceil(angle/sample_freq)

计算采样直线通过的像素坐标

for i in range(sample_steps):flag1 = np.argwhere(line_index_1==i)flag2 = np.argwhere(line_index_2==i)flag = np.concatenate((flag1,flag2),axis=0)z = np.ones((128,128))z[flag[:,0],flag[:,1]] = 100if i*sample_freq<=45 or i*sample_freq>=135:  for col in range(128):        try:if col<64:preserve_pixel_idx = np.argwhere(z[:,col]==100)[-1]else:preserve_pixel_idx = np.argwhere(z[:,col]==100)[0]except:continuez[preserve_pixel_idx[0],col] = 500if i*sample_freq>45 and i*sample_freq<135: for row in range(128):        try:if row<64:preserve_pixel_idx = np.argwhere(z[row,:]==100)[-1]else:preserve_pixel_idx = np.argwhere(z[row,:]==100)[0]except:continue z[row,preserve_pixel_idx[0]] = 500flag_z = np.argwhere(z==500)zz = np.ones((128,128))zz[flag_z[:,0],flag_z[:,1]] = 500# plt.imshow(zz)  if i*sample_freq>45 and i*sample_freq<135:  col_value = np.unique(flag_z[:,1])cnt=0for r in col_value:temp = np.argwhere(flag_z[:,1]==r)if cnt==0:flag_final = np.squeeze(flag_z[temp],axis=1)else:flag_final = np.concatenate((flag_final,np.squeeze(flag_z[temp],axis=1)),axis=0)cnt = cnt+1f = interp1d(flag_final[:,0],flag_final[:,1])y = np.expand_dims(f(np.arange(flag_final[:,0].min(),flag_final[:,0].max()+1)),axis=1) y = np.round(y)x = np.expand_dims(np.arange(flag_final[:,0].min(),flag_final[:,0].max()+1),axis=1)flag_final_ = np.concatenate((y,x),axis=1)zzz = np.ones((128,128))zzz[flag_final_[:,1].astype('int'),flag_final_[:,0].astype('int')] = 500if i*sample_freq<=45 or i*sample_freq>=135:  row_value = np.unique(flag_z[:,0])cnt=0for r in row_value:temp = np.argwhere(flag_z[:,0]==r)if cnt==0:flag_final = np.squeeze(flag_z[temp][::-1],axis=1)else:flag_final = np.concatenate((flag_final,np.squeeze(flag_z[temp][::-1],axis=1)),axis=0)cnt = cnt+1f = interp1d(flag_final[:,1],flag_final[:,0])y = np.expand_dims(f(np.arange(flag_final[:,1].min(),flag_final[:,1].max()+1)),axis=1) y = np.round(y)x = np.expand_dims(np.arange(flag_final[:,1].min(),flag_final[:,1].max()+1),axis=1)flag_final_ = np.concatenate((y,x),axis=1)zzz = np.ones((128,128))zzz[flag_final_[:,0].astype('int'),flag_final_[:,1].astype('int')] = 500plt.imshow(zzz) # 可以plot出图3的采样直线## 注意！ angle<=45 or angle>=135的情况，pixel_index中存储的是[row_idx,col_idx]；##  angle>45 and angle<135的情况，pixel_index中存储的是[col_idx,row_idx]pixel_index.append(flag_final_.astype('int')) # 所有采样直线通过的像素坐标

给径向像素赋值生成渐变图像

for root, dirs, files in os.walk(root_path):for name in files:ct = np.load('your image')sample_weight = np.ones((128,128))for i in range(sample_steps):value_line = []if i*sample_freq<=45 or i*sample_freq>=135:for m in pixel_index[i]:value_line.append(ct[m[0],m[1]]) if i*sample_freq>45 and i*sample_freq<135:for m in pixel_index[i]:value_line.append(ct[m[1],m[0]])            value_line = np.array(value_line)zeros_index_on_line = np.squeeze(np.argwhere(value_line==0))border_on_line = np.argwhere(np.diff(zeros_index_on_line)!=1)  # two pointsborder_on_line[0] = border_on_line[0]+1border_on_img = np.squeeze(pixel_index[i][zeros_index_on_line[border_on_line]]) # two pointsif border_on_img.size!=4:continue# show borderborder = np.ones((128,128))if i*sample_freq<=45 or i*sample_freq>=135:border[border_on_img[:,0],border_on_img[:,1]] = 500if i*sample_freq>45 and i*sample_freq<135:border[border_on_img[:,1],border_on_img[:,0]] = 500# plt.imshow(border)border_around_on_img = []border_around_on_line = border_on_line.copy()for v in range(10):border_around_on_line[0] = zeros_index_on_line[border_on_line][0]-(v+1)border_around_on_line[1] = zeros_index_on_line[border_on_line][1]+(v+1)tmp = np.squeeze(pixel_index[i][border_around_on_line])border_around_on_img.append(tmp)if i*sample_freq<=45 or i*sample_freq>=135:sample_weight[tmp[:,0],tmp[:,1]] = (10-v)*5if i*sample_freq>45 and i*sample_freq<135:sample_weight[tmp[:,1],tmp[:,0]] = (10-v)*5

讨论

这种不规则形状的渐变掩模应该也可以通过腐蚀膨胀操作来实现，但是腐蚀膨胀操作的系数不好控制，无法精确到单个像素。

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