OpenCV Python系列之拉普拉斯運算元

2022-09-07 04:57:10 字數 2679 閱讀 8466

我們在上乙個教程中前面的例子學習了使用sobel邊緣檢測。原理是利用邊緣區域畫素值的跳變。通過求一階導數,可以使邊緣值最大化。如下圖所示:

那麼,如果求二階導數會得到什麼呢?

可以觀察到二階導數為0的地方。因此,可以利用該方法獲取影象中的邊緣。然而,需要注意的是二級導數為0的不只出現在邊緣地方,還可能是一些無意義的位置,根據需要通過濾波處理該情況。

二階微分

現在我們來討論二階微分,它是拉普拉斯運算元的基礎,與微積分中定義的微分略有不同,數字影象中處理的是離散的值,因此對於一維函式的一階微分的基本定義是差值:

類似的,二階微分定義為:

將一維函式擴充套件到二維:

二階微分的定義保證了以下幾點:

1、在恆定灰度區域的微分值為0

2、在灰度台階或斜坡的起點處微分值非零

可以看出,二階微分可以檢測出影象的邊緣、增強細節

拉普拉斯運算元

從上面的解釋,可以看出二階導數可以擁有邊緣檢測。由於影象是二維的,因此需要分別獲取兩個方向的導數。這裡使用的是拉普拉斯運算元來進行近似。

拉普拉斯運算元用下面公式定義:

其中:

實現上式的濾波器模板為:

我們可以發現,拉普拉斯運算元不需要向sobel運算元那樣分別對x,y方向進行處理,它可以直接處理,現在我們來看看opencv中的拉普拉斯運算元的函式原型:

dst = cv2.laplacian(src, ddepth[, dst[, ksize[, scale[, delta[, bordertype]]]]])

如果看了上乙個教程中對於sobel運算元的介紹,這裡的引數應該不難理解。

前兩個是必須的引數:

第乙個引數是需要處理的影象;

第二個引數是影象的深度,-1表示採用的是與原影象相同的深度。目標影象的深度必須大於等於原影象的深度;

其後是可選的引數:

dst不用解釋了;

ksize是運算元的大小,必須為1、3、5、7。預設為1。

scale是縮放導數的比例常數,預設情況下沒有伸縮係數;

delta是乙個可選的增量,將會加到最終的dst中,同樣,預設情況下沒有額外的值加到dst中;

bordertype是判斷影象邊界的模式。這個引數預設值為cv2.border_default。

我們來看**:

現在可以拿這個結果對比上乙個教程的結果了,我們發現,這個結果要比上乙個教程的結果好的多,對於邊緣檢測沒有大的偏差。

然而事實上,這只是對於簡單的影象而言,而對於一幅複雜的影象,那麼邊緣提取就有點愛莫能助了,我們來看**:

可以看到,對於較為複雜的影象,拉普拉斯運算元的效果也並不是很好,由於二階微分一定的侷限性,目前的邊緣檢測還不夠完美,我們需要一種綜合的演算法,而這將在下乙個教程中介紹到。

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