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图像边缘检测(图像边缘检测的基本原理)

编辑：rootadmin

图像边缘检测文章目录前言一、图像边缘检测二、边缘检测算子1. Roberts算子2. Prewitt算子3. Sobel算子三、代码实现总结前言

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有了图像放大缩小，图像灰度化处理等相关基础知识过后，就可以进行图像边缘检测了。边缘检测最后也会在FPGA上面实现，此处小编已经控制不住要剧透了。也是一样，先从软件的角度来理解这些图像边缘检测算法。

一、图像边缘检测

边缘检测原理如下动态图所示。假如你有一些别人发明的算子，算子在第二章介绍。使用算子在原图上进行扫描，算子中的值乘以对应的像素值，然后加起来就行了。你可以使用截图工具，截取动态图，计算一下是否正确。

二、边缘检测算子

算子其实就是滤波器，在深度学习里面又叫卷积，下面3种算子给出了具体的值，而在卷积神经网络里面，卷积核的值是需要训练得到。

1. Roberts算子

Gx=[1−1]Gy=[−11]G_x = \begin{bmatrix} 1 & 0 \\ 0 & -1 \end{bmatrix} \quad\quad\quad G_y = \begin{bmatrix} 0 & -1 \\ 1 & 0 \end{bmatrix}Gx=[100−1]Gy=[01−10]

2. Prewitt算子

Gx=[−11−11−11]Gy=[−1−1−1111]G_x = \begin{bmatrix} -1 & 0 & 1\\ -1 & 0 & 1\\ -1 & 0 & 1 \end{bmatrix} \quad\quad\quad G_y = \begin{bmatrix} -1 & -1 & -1\\ 0 & 0 & 0\\ 1 & 1 & 1 \end{bmatrix}Gx=−1−1−1000111Gy=−101−101−101

3. Sobel算子

Gx=[−1+1−2+2−1+1]Gy=[+1+2+1−1−21]G_x = \begin{bmatrix} -1 & 0 & +1\\ -2 & 0 & +2\\ -1 & 0 & +1 \end{bmatrix} \quad\quad\quad G_y = \begin{bmatrix} +1 & +2 & +1\\ 0 & 0 & 0\\ -1 & -2 & 1 \end{bmatrix}Gx=−1−2−1000+1+2+1Gy=+10−1+20−2+101

三、代码实现# robert算子robert_x = np.array([[1, 0], [0, -1]])robert_y = np.array([[0, -1], [1, 0]])# prewitt算子 prewitt_x = np.array([[-1, 0, 1], [-1, 0, 1], [-1, 0, 1]])prewitt_y = np.array([[1, 1, 1], [0, 0, 0], [-1, -1, -1]])# sobel算子 sobel_x = np.array([[-1, 0, +1], [-2, 0, +2], [-1, 0, +1]])sobel_y = np.array([[+1, +2, +1], [0, 0, 0], [-1, -2, -1]])# 图像灰度处理 def weight_gray(image): weight_image = image[:, :, 0] * 0.11 + image[:, :, 1] * 0.59 + image[:, :, 2] * 0.3 weight_image = weight_image.astype(np.uint8) return weight_image # 图像边缘检测 def edge_dimage(image, operator): shape = image.shape h, w = shape sh, sw = operator[0].shape sobel_image = np.zeros(image.shape) for i in range(h - sh): for j in range(w - sw): ix = np.multiply(image[i: i + sh, j: j + sw], operator[0]) iy = np.multiply(image[i: i + sh, j: j + sw], operator[1]) ix = np.sum(ix) iy = np.sum(iy) ig = np.sqrt(ix ** 2 + iy ** 2) sobel_image[i, j] = ig sobel_image = sobel_image.astype(np.uint8) return sobel_imageimage = cv2.imread("three_body.jpg") gray = weight_gray(image)roimage = edge_dimage(gray, (robert_x, robert_y)) primage = edge_dimage(gray, (prewitt_x, prewitt_y)) sbimage = edge_dimage(gray, (sobel_x, sobel_y))# 画子图plt.figure(figsize=(10, 7))plt.subplot(221)plt.title("gray")plt.imshow(gray, cmap='gray')plt.subplot(222)plt.title("sobel")plt.imshow(sbimage, cmap='gray')plt.subplot(223)plt.title("roberts")plt.imshow(roimage, cmap='gray')plt.subplot(224)plt.title("prewitt")plt.imshow(primage, cmap='gray')

总结

这大概就是卷积神经网络的由来，以前叫做算子，现在叫做卷积。小编也迫不及待的想要动手实现卷积神经网络了（numpy），敬请期待。