python數(shù)字圖像處理之高級形態(tài)學處理
形態(tài)學處理,除了最基本的膨脹、腐蝕、開/閉運算、黑/白帽處理外,還有一些更高級的運用,如凸包,連通區(qū)域標記,刪除小塊區(qū)域等。
1、凸包
凸包是指一個凸多邊形,這個凸多邊形將圖片中所有的白色像素點都包含在內。
函數(shù)為:
skimage.morphology.convex_hull_image(image)
輸入為二值圖像,輸出一個邏輯二值圖像。在凸包內的點為True, 否則為False
例:
import matplotlib.pyplot as plt
from skimage import data,color,morphology
#生成二值測試圖像
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看作一個整體,因此計算出來只有一個最小凸多邊形。如果圖中有多個目標物體,每一個物體需要計算一個最小凸多邊形,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是一個二值圖像,neighbors表示是采用4連通還是8連通,默認為8連通。
例:
import matplotlib.pyplot as plt
from skimage import data,color,morphology,feature
#生成二值測試圖像
img=color.rgb2gray(data.coins())
#檢測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)域標記
在二值圖像中,如果兩個像素點相鄰且值相同(同為0或同為1),那么就認為這兩個像素點在一個相互連通的區(qū)域內。而同一個連通區(qū)域的所有像素點,都用同一個數(shù)值來進行標記,這個過程就叫連通區(qū)域標記。在判斷兩個像素是否相鄰時,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,每個像素周圍有8個鄰接像素,常見的鄰接關系有2種:4鄰接與8鄰接。4鄰接一共4個點,即上下左右,如下左圖所示。8鄰接的點一共有8個,包括了對角線位置的點,如下右圖所示。

在skimage包中,我們采用measure子模塊下的label()函數(shù)來實現(xiàn)連通區(qū)域標記。
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。
輸出一個標記數(shù)組(labels), 從0開始標記。
import numpy as np
import scipy.ndimage as ndi
from skimage import measure,color
import matplotlib.pyplot as plt
#編寫一個函數(shù)來生成原始二值圖像
def microstructure(l=256):
n = 5
x, y = np.ogrid[0:l, 0:l] #生成網(wǎng)絡
mask = np.zeros((l, l))
generator = np.random.RandomState(1) #隨機數(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 #生成測試圖片
labels=measure.label(data,connectivity=2) #8連通區(qū)域標記
dst=color.label2rgb(labels) #根據(jù)不同的標記顯示不同的顏色
print('regions number:',labels.max()+1) #顯示連通區(qū)域塊數(shù)(從0開始標記)
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)組快速地轉換為int數(shù)組。
結果如圖:有10個連通的區(qū)域,標記為0-9

如果想分別對每一個連通區(qū)域進行操作,比如計算面積、外接矩形、凸包面積等,則需要調用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 | 類型 | 描述 |
| area | int | 區(qū)域內像素點總數(shù) |
| bbox | tuple | 邊界外接框(min_row, min_col, max_row, max_col) |
| centroid | array | 質心坐標 |
| convex_area | int | 凸包內像素點總數(shù) |
| convex_image | ndarray | 和邊界外接框同大小的凸包 |
| coords | ndarray | 區(qū)域內像素點坐標 |
| 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總數(shù) |
| perimeter | float | 區(qū)域周長 |
| label | int | 區(qū)域標記 |
3、刪除小塊區(qū)域
有些時候,我們只需要一些大塊區(qū)域,那些零散的、小塊的區(qū)域,我們就需要刪除掉,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True,表示直接在輸入圖像中刪除小塊區(qū)域,否則進行復制后再刪除。默認為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 #編寫一個函數(shù)來生成原始二值圖像 def microstructure(l=256): n = 5 x, y = np.ogrid[0:l, 0:l] #生成網(wǎng)絡 mask = np.zeros((l, l)) generator = np.random.RandomState(1) #隨機數(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)?),結果如下圖:

4、綜合示例:閾值分割+閉運算+連通區(qū)域標記+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)) #閉運算
cleared = bw.copy() #復制
segmentation.clear_border(cleared) #清除與邊界相連的目標物
label_image =measure.label(cleared) #連通區(qū)域標記
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)得到每一個連通區(qū)域屬性集
#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內容,希望對大家的學習有所幫助,也希望大家多多支持腳本之家。
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