第3章給圖像加濾鏡

1.3

圖像濾鏡

1.3

圖像濾鏡

卷積運算濾鏡變換的模板是一個單通道浮點矩陣，被稱為卷積核，相應(yīng)的計算規(guī)則被稱為卷積運算。移動卷積核的過程中，有“步幅”的概念，用于指定卷積核在輸入矩陣上的移動幅度，如步幅為1，每次移動1位，步幅為n，則每次移動n位。1.3

圖像濾鏡

處理不了的邊界1.3

圖像濾鏡

卷積運算解決邊界問題的1個有效的辦法是邊緣填補，主要填補方法如下：填補方法描述cv2.BORDER_DEFAULT邊界默認：OpenCV默認的方法，自動填充圖像邊界，效果像是映像一樣。cv2.BORDER_CONSTANT邊界常數(shù)：使用常數(shù)填充邊界，如0或255。cv2.BORDER_REPLICATE邊界復制：用已知的邊緣像素值填充邊界。cv2.BORDER_WRAP邊界包裝：用另外一邊的像素來補償填充。2.3函數(shù)語法卷積函數(shù)該函數(shù)支持任意卷積核的卷積運用，呈現(xiàn)模糊、銳化、浮雕等濾鏡效果。filter2D()函數(shù)定義為：filter2D(src,ddepth,kernel[,dst[,anchor[,delta[,borderType]]]])→dstdst是結(jié)果圖像；src是輸入圖像；ddepth是結(jié)果圖形的深度，設(shè)置為-1，表示圖像深度與輸入圖像一致；kernal是卷積核，anchor:錨點，默認為（-1，-1）borderType是邊緣補充方式，OpenCV默認使用cv2.BORDER_DEFAULT方式。2.3函數(shù)語法例如：：[[35799][35799][35799][35799][35799]][[357910][357910][357910][357910][357910]][[47101310][35795][35795][35795][23450]]1.3

圖像濾鏡

卷積運算卷積運算可以產(chǎn)生Photoshop等圖像處理軟件中的各種濾鏡效果，如模糊、銳化、輪廓、浮雕等。常用的卷積核矩陣如下：第3章給圖像加濾鏡

復習編程實現(xiàn)明確任務(wù)內(nèi)容學習圖像運算的基礎(chǔ)知識圖像運算基本知識

1.1圖像運算1.3圖像濾鏡1.2基本繪圖011.1圖像運算

濾鏡的實現(xiàn)建立在圖像運算的基礎(chǔ)上，學習編寫濾鏡小程序之前，先要了解圖像之間是如何進行運算的。圖像之間運算的主要內(nèi)容有基本運算、繪圖、圖像變換和圖像濾鏡。根據(jù)圖像的數(shù)學特征，圖像基本運算可分為點運算、代數(shù)運算、邏輯運算和幾何運算。1.1圖像運算

1.1圖像運算

1.1圖像運算

點運算1）如果a>1，輸出圖像的對比度增大（灰度擴展）2）如果0<a<1，輸出圖像的對比度減少（灰度壓縮）3）如果a<0，輸出圖像的暗區(qū)域?qū)⒆兞粒羺^(qū)域變暗3.1圖像運算

完成實驗報告練習13.1圖像運算

3.1圖像運算

OpenCV圖像代數(shù)運算主要函數(shù)3.1圖像運算

符號方法與函數(shù)方法運算過程3.1圖像運算

代數(shù)運算【例】采用符號法和函數(shù)法對圖像做代數(shù)運算，比較運算結(jié)果。完成實驗報告練習2.3.1圖像運算

代數(shù)運算代碼分析：原則上進行代數(shù)運算的2個圖像的形狀和類型必須保持一致，如果大小不一致，廣播特性將會發(fā)揮作用。如Add()函數(shù)的參數(shù)可以是圖像和圖像，也可以是圖形和數(shù)值。

3.1圖像運算

邏輯運算邏輯運算是指對兩幅或多幅圖像的對應(yīng)像素做邏輯與、或、異或、非等運算。常規(guī)邏輯運算的形式是按位運算，如果圖像數(shù)據(jù)類型是8位整數(shù)，要進行邏輯運算，首先要將整數(shù)轉(zhuǎn)換為8位的二進制數(shù)，再對8位二進制數(shù)按位進行邏輯運算，最后將結(jié)果再轉(zhuǎn)換為8位整數(shù)。例如:有數(shù)值1為198，數(shù)值2為219，他們的二進制分別是11000110、11011011，分別將他們進行邏輯運算，結(jié)果如下：數(shù)值（198與219）結(jié)果（十進制值）結(jié)果（二進制值）與運算19411000010或運算22311011111異或運算2900011101非運算（數(shù)值1）57001110013.1圖像運算

邏輯運算邏輯運算的一個典型應(yīng)用是掩模。在圖像處理過程中，經(jīng)常會使用特定的圖像全局或局部地對待處理圖像進行遮擋,以控制圖像處理的區(qū)域或處理過程，此處用于覆蓋的特定圖像被稱為掩模，也稱為掩碼。掩模在OpenCV中非常普遍，如add(src1,src2,mask)函數(shù)中mask指的就是掩模。掩模的實現(xiàn)采用了邏輯與運算的原理，即原圖像與0進行邏輯與運算，結(jié)果是0，與1進行與運算，結(jié)果為原圖像值。于是，只要設(shè)置好值為0和1的掩碼，就能夠達到遮擋部分區(qū)域的效果。3.1圖像運算

邏輯運算【例】讀取灰度圖cat.jpg，為圖像加上掩模，只顯示頭部區(qū)域。代碼分析：以灰度圖方式讀取圖像后，使用zeros()函數(shù)新建一個形狀與類型和原圖像一樣的全0數(shù)組，并設(shè)置數(shù)組的中心區(qū)域值為255，即二進制數(shù)11111111。OpenCV的bitwise_and()函數(shù)用于進行圖像之間的邏輯與操作。完成實驗報告練習33.1圖像運算

邏輯運算程序運行效果：第3章給圖像加濾鏡

復習【單選】圖像的值為100和250的兩個像素通過“+”運算結(jié)果為？

A

350

B

100

C

255

D

94【單選】圖像的值為100和250的兩個像素通過add()函數(shù)運算結(jié)果為？

A

350

B

100

C

255

D

943.1圖像運算

幾何運算幾何運算也稱為幾何變換，相較于前面不會改變像素位置的運算類型，幾何運算是一類能夠?qū)崿F(xiàn)像素坐標變換的運算。從變換性質(zhì)來分，幾何變換可以分為：（1）圖像的位置變換（平移、鏡像、旋轉(zhuǎn)）（2）圖像的形狀變換（放大、縮小）（3）圖像的復合變換3.1圖像運算

幾何運算縮放：resize(src,dsize[,dst[,fx[,fy[,interpolation]]]])→dst其中：src是輸入圖像，dsize是輸出圖像大小，如（100,100）；其他可用替代的方式還有設(shè)置水平縮放比例fx和垂直縮放比例fy。圖像大小和縮放比例不能同時使用，如使用縮放比例，dsize需要設(shè)置為None。Interpolation是插值方式，用于選擇在縮放過程中對無法映射的像素賦值的方式，在實際使用的時候可以不用特意去設(shè)置，使用默認方式（INTER_LINEAR）即可。此處的dsize是（寬-x軸，高-y軸），而np.shape獲得的多維數(shù)組的默認存儲方式是C，先行后列，即形狀為（高-行數(shù)，寬-列數(shù)，通道）示例語句：

dst=cv2.resize(src,(100,100))dst=cv2.resize(src,dsize=None,fx=2,fy=3)3.1圖像運算

幾何運算縮放：resize(src,dsize[,dst[,fx[,fy[,interpolation]]]])→dst其中：示例語句：dst=cv2.resize(src,(100,100),interpolation=cv2.INTER_NEAREST)interpolation 所用的插值方法INTER_NEAREST 最近鄰插值INTER_LINEAR 雙線性插值（默認設(shè)置）INTER_AREA 使用像素區(qū)域關(guān)系進行重采樣。它可能是圖像抽取的首選方法，因為它會產(chǎn)生無云紋理的結(jié)果。但是當圖像縮放時，它類似于INTER_NEAREST方法。INTER_CUBIC 4x4像素鄰域的雙三次插值INTER_LANCZOS48x8像素鄰域的Lanczos插值Resize()3.1圖像運算

幾何運算翻轉(zhuǎn)：flip(src,flipCode[,dst])→dst

dst是輸出圖像，src是輸入圖像，filpCode是旋轉(zhuǎn)類型，0表示繞著x軸翻轉(zhuǎn)；正數(shù)如1、2等為繞著y軸翻轉(zhuǎn)；負數(shù)如-1、-2等為繞著x軸、y軸同時翻轉(zhuǎn)。示例語句：

dst=cv2.flip(src,1)

3.1圖像運算

幾何運算翻轉(zhuǎn)：flip(src,flipCode[,dst])→dst

仿射變換和透視變換

本質(zhì)：矩陣運算區(qū)別：仿射：基于3個固定頂點的變換透視：基于4個固定頂點的變換OpenCV函數(shù)：warpAffine(img,M,shape)warpPerspective(img,M,shape)353.1圖像運算

放射變換仿射：warpAffine(src,M,dsize[,dst[,flags[,borderMode[,borderValue]]]])→dst其中：dst是輸出圖像，src是輸入圖像，M代表一個2×3的變換矩陣，通過使用不同的變換矩陣，就能實現(xiàn)不同的變換功能；dsize是輸出圖像的尺寸大小。仿射變換通過一系列變換的復合實現(xiàn)，能夠完成平移、縮放、翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)和剪切等幾何變換。示例語句：

dst=cv2.warpAffine(src,M,(200,200))

3.1圖像運算

3.1圖像運算

放射變換常用M變換矩陣變換類型變換矩陣平移縮放旋轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)切變3.1圖像運算

仿射變換【例】讀取灰度圖cat.jpg，使用平移矩陣對圖像做簡單平移操作。代碼如下：完成實驗43.1圖像運算

仿射變換通過函數(shù)獲得M參數(shù)：center：旋轉(zhuǎn)中心位置angle：旋轉(zhuǎn)角度scale：圖像縮放比例M=cv2.getRotationMatrix2D(center,angle,scale)【例】，要以圖像中心為圓點，逆時針旋轉(zhuǎn)45度，并將目標圖像縮小為原始圖像的0.6倍：完成實驗5透視變換cv2.warpPerspective(src,M，dsize=(cols,rows))參數(shù)：

src:原圖

M：一個3x3的變換矩陣

dsize:輸出圖像的尺寸大小,

先指定(第一個參數(shù)是)col，再指定(第二個參數(shù)是)rowM如何得到？透視變換cv2.warpPerspective(src,M，dsize=(cols,rows))完成實驗61.2

OpenCV基本繪圖計算機中圖像是以數(shù)組的形式存儲，數(shù)組中的值代表圖像某個像素點的像素值，只要能對數(shù)組的值進行操作，就可以實現(xiàn)繪圖。OpenCV提供了封裝好的繪圖函數(shù)，不需要關(guān)心如何修改像素值，直接調(diào)用就可以繪制圖形，包括直線、矩形、多邊形、圓、橢圓、文字等。部分函數(shù)如下：函數(shù)描述line()在輸入圖像上畫直線arrowedLine()畫帶箭頭的直線rectangle()畫矩形circle()畫圓形ellipse()畫橢圓putText()顯示文字1.2

OpenCV基本繪圖

【例3.5】新建一個400×400尺寸的黑色畫板，在畫板上進行基本繪圖。代碼如下：完成實驗7拓展繪圖練習使用opencv繪圖函數(shù)，繪制國旗（允許使用AI工具生成Opencv代碼）/guoqing/guoqi/第3章給圖像加濾鏡

1.3

圖像濾鏡

1.3

圖像濾鏡

卷積運算濾鏡變換的模板是一個單通道浮點矩陣，被稱為卷積核，相應(yīng)的計算規(guī)則被稱為卷積運算。移動卷積核的過程中，有“步幅”的概念，用于指定卷積核在輸入矩陣上的移動幅度，如步幅為1，每次移動1位，步幅為n，則每次移動n位。1.3

圖像濾鏡

處理不了的邊界1.3

圖像濾鏡

卷積運算解決邊界問題的1個有效的辦法是邊緣填補，主要填補方法如下：填補方法描述cv2.BORDER_DEFAULT邊界默認：OpenCV默認的方法，自動填充圖像邊界，效果像是映像一樣。cv2.BORDER_CONSTANT邊界常數(shù)：使用常數(shù)填充邊界，如0或255。cv2.BORDER_REPLICATE邊界復制：用已知的邊緣像素值填充邊界。cv2.BORDER_WRAP邊界包裝：用另外一邊的像素來補償填充。2.3函數(shù)語法卷積函數(shù)該函數(shù)支持任意卷積核的卷積運用，呈現(xiàn)模糊、銳化、浮雕等濾鏡效果。filter2D()函數(shù)定義為：filter2D(src,ddepth,kernel[,dst[,anchor[,delta[,borderType]]]])→dstdst是結(jié)果圖像；src是輸入圖像；ddepth是結(jié)果圖形的深度，設(shè)置為-1，表示圖像深度與輸入圖像一致；kernal是卷積核，anchor:錨點，默認為（-1，-1）borderType是邊緣補充方式，OpenCV默認使用cv2.BORDER_DEFAULT方式。2.3函數(shù)語法例如：：#對類型為uint8的numpy矩陣做卷積運算，

使用不同的插值方式，查看卷積結(jié)果。代碼如下：

importcv2

importnumpyasnp

A=np.array((

[1,2,3,4,5],

[1,2,3,4,5],

[1,2,3,4,5],

[1,2,3,4,5],

[1,2,3,4,5]),dtype=np.uint8)

kernel=np.array(([0,-1,0],[0,1,1],[0,1,0]),dtype="float32")

des=cv2.filter2D(A,-1,kernel,borderType=cv2.BORDER_DEFAULT)

des1=cv2.filter2D(A,-1,kernel,borderType=cv2.BORDER_REPLICATE)

des2=cv2.filter2D(A,-1,kernel,borderType=cv2.BORDER_CONSTANT)[[35799][35799][35799][35799][35799]][[357910][357910][357910][357910][357910]][[47101310][35795][35795][35795][23450]]1.3

圖像濾鏡

卷積運算卷積運算可以產(chǎn)生Photoshop等圖像處理軟件中的各種濾鏡效果，如模糊、銳化、輪廓、浮雕等。常用的卷積核矩陣如下：明確濾鏡小程序任務(wù)2.1任務(wù)分析2.2過程分解2.3函數(shù)語法02PART2.1任務(wù)分析任務(wù)分析濾鏡小程序主要使用到圖像處理中的卷積運算，通過窗口的界面交互功能，實現(xiàn)不同濾鏡之間的靈活切換。借助Python的GUI編程庫，如Tkinter、wxPython、PyGTK等。Tkinter是內(nèi)嵌于Python3中的輕量級GUI工具庫，也是本次任務(wù)采用的GUI開發(fā)工具庫濾鏡功能的實現(xiàn)依賴卷積核，在前面卷積核的介紹中，已經(jīng)整理出了常用的濾鏡卷積核，通過使用不同的卷積核進行卷積運算，即可觀察不同的濾鏡效果2.2過程分解過程分解濾鏡小程序的實現(xiàn)過程包括。界面設(shè)計。首先使用Tkinter進行界面設(shè)計，規(guī)劃左邊的控制區(qū)域和右邊的圖像顯示區(qū)域。左邊的控制區(qū)域包括圖像選擇按鈕、各種濾鏡切換按鈕。功能綁定。將各個濾鏡效果的響應(yīng)函數(shù)綁定到功能按鈕上濾鏡實現(xiàn)。完成各個濾鏡效果響應(yīng)函數(shù)的代碼編寫預期界面區(qū)域劃分2.3函數(shù)語法TkinterTkinter是Python的標準GUI庫。Python使用Tkinter可以快速的創(chuàng)建GUI應(yīng)用程序。Python3.x使用的庫名為tkinter，使用importtkinter導入庫。Tkinter的使用過程（1）導入Tkinter模塊；（2）創(chuàng)建控件；（3）綁定響應(yīng)函數(shù)。import

tkinter

top=tkinter.Tk()

#創(chuàng)建控件_代碼…#綁定控件響應(yīng)程序_代碼