python skimage图像处理(二)

python skimage图像处理(二)

 

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图像简单滤波

对图像进行滤波，能够有两种效果：一种是平滑滤波，用来抑制噪声；另外一种是微分算子，能够用来检测边缘和特征提取。
skimage库中经过filters模块进行滤波操做。
一、sobel算子
sobel算子可用来检测边缘
函数格式为：

skimage.filters.sobel(image, mask=None) 

from skimage import data,filters import matplotlib.pyplot as plt img = data.camera() edges = filters.sobel(img) plt.imshow(edges,plt.cm.gray) 

 

二、roberts算子

roberts算子和sobel算子同样，用于检测边缘
调用格式也是同样的：

edges = filters.roberts(img)

三、scharr算子
功能同sobel，调用格式：

edges = filters.scharr(img)

四、prewitt算子
功能同sobel，调用格式：

edges = filters.prewitt(img)

五、canny算子
canny算子也是用于提取边缘特征，但它不是放在filters模块，而是放在feature模块
函数格式：

skimage.feature.canny(image，sigma=1.0)

能够修改sigma的值来调整效果

from skimage import data,filters,feature import matplotlib.pyplot as plt img = data.camera() edges1 = feature.canny(img) #sigma=1 edges2 = feature.canny(img,sigma=3) #sigma=3 plt.figure('canny',figsize=(8,8)) plt.subplot(121)plt.imshow(edges1,plt.cm.gray) plt.subplot(122)plt.imshow(edges2,plt.cm.gray) plt.show() 

 

 

从结果能够看出，sigma越小，边缘线条越细小。
六、gabor滤波
gabor滤波可用来进行边缘检测和纹理特征提取。
函数调用格式：

 

skimage.filters.gabor_filter(image, frequency) 

经过修改frequency值来调整滤波效果，返回一对边缘结果，一个是用真实滤波核的滤波结果，一个是想象的滤波核的滤波结果。

from skimage import data,filters import matplotlib.pyplot as plt img = data.camera() filt_real, filt_imag = filters.gabor_filter(img,frequency=0.6) plt.figure('gabor',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('filt_real') plt.imshow(filt_real,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.title('filt-imag') plt.imshow(filt_imag,plt.cm.gray) plt.show() 

 

 

以上为frequency=0.6的结果图。

 

 

 

以上为frequency=0.1的结果图

七、gaussian滤波
多维的滤波器，是一种平滑滤波，能够消除高斯噪声。
调用函数为：

skimage.filters.gaussian_filter(image, sigma) 

经过调节sigma的值来调整滤波效果

from skimage import data,filters import matplotlib.pyplot as plt img = data.astronaut() edges1 = filters.gaussian_filter(img,sigma=0.4) #sigma=0.4 edges2 = filters.gaussian_filter(img,sigma=5) #sigma=5 plt.figure('gaussian',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.imshow(edges1,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.imshow(edges2,plt.cm.gray) plt.show() 

 

 

可见sigma越大，过滤后的图像越模糊
8.median
中值滤波，一种平滑滤波，能够消除噪声。
须要用skimage.morphology模块来设置滤波器的形状。

 

from skimage import data,filters import matplotlib.pyplot as plt from skimage.morphology import disk img = data.camera() edges1 = filters.median(img,disk(5)) edges2= filters.median(img,disk(9)) plt.figure('median',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.imshow(edges1,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.imshow(edges2,plt.cm.gray) plt.show() 

 

 

从结果能够看出，滤波器越大，图像越模糊。

九、水平、垂直边缘检测

上边所举的例子都是进行所有边缘检测，有些时候咱们只须要检测水平边缘，或垂直边缘，就可用下面的方法。

水平边缘检测：sobel_h, prewitt_h, scharr_h 垂直边缘检测： sobel_v, prewitt_v, scharr_v

from skimage import data,filters import matplotlib.pyplot as plt img = data.camera() edges1 = filters.sobel_h(img) edges2 = filters.sobel_v(img) plt.figure('sobel_v_h',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.imshow(edges1,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.imshow(edges2,plt.cm.gray) plt.show() 

 

 

上边左图为检测出的水平边缘，右图为检测出的垂直边缘。

十、交叉边缘检测

可以使用Roberts的十字交叉核来进行过滤，以达到检测交叉边缘的目的。这些交叉边缘其实是梯度在某个方向上的一个份量。
其中一个核：

0 1 -1 0

对应的函数：

roberts_neg_diag(image）

例：

from skimage import data,filters import matplotlib.pyplot as plt img =data.camera() dst =filters.roberts_neg_diag(img) plt.figure('filters',figsize=(8,8)) plt.subplot(121)plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.title('filted image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) 

 

 

另一个核：

1 0 0 -1

对应函数为：

roberts_pos_diag(image）

from skimage import data,filters import matplotlib.pyplot as plt img =data.camera() dst =filters.roberts_pos_diag(img) plt.figure('filters',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.title('filted image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) 

 

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图像自动阈值分割

图像阈值分割是一种普遍应用的分割技术，利用图像中要提取的目标区域与其背景在灰度特性上的差别，把图像看做具备不一样灰度级的两类区域(目标区域和背景区域)的组合，选取一个比较合理的阈值，以肯定图像中每一个像素点应该属于目标区域仍是背景区域，从而产生相应的二值图像。
在skimage库中，阈值分割的功能是放在filters模块中。
咱们能够手动指定一个阈值，从而来实现分割。也可让系统自动生成一个阈值，下面几种方法就是用来自动生成阈值。

一、threshold_otsu
基于Otsu的阈值分割方法，函数调用格式：

skimage.filters.threshold_otsu(image, nbins=256)

参数image是指灰度图像，返回一个阈值。

from skimage import data,filters import matplotlib.pyplot as plt image = data.camera() thresh = filters.threshold_otsu(image) #返回一个阈值 dst =(image <= thresh)*1.0 #根据阈值进行分割 plt.figure('thresh',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('original image') plt.imshow(image,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.title('binary image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) plt.show() 

返回阈值为87，根据87进行分割得下图:

 

 

 

二、threshold_yen
使用方法同上：

thresh = filters.threshold_yen(image)

返回阈值为198，分割以下图：

 

 

 

三、threshold_li
使用方法同上：

thresh = filters.threshold_li(image)

返回阈值64.5，分割以下图：

 

 

 

四、threshold_isodata
阈值计算方法：

threshold = (image[image <= threshold].mean() +image[image > threshold].mean()) / 2.0

使用方法同上：

thresh = filters.threshold_isodata(image)

返回阈值为87，所以分割效果和threshold_otsu同样。
五、threshold_adaptive
调用函数为：

skimage.filters.threshold_adaptive(image, block_size, method='gaussian'）

block_size: 块大小，指当前像素的相邻区域大小，通常是奇数（如3，5，7。。。）
method: 用来肯定自适应阈值的方法，有'mean', 'generic', 'gaussian' 和 'median'。省略时默认为gaussian
该函数直接访问一个阈值后的图像，而不是阈值。

from skimage import data,filters import matplotlib.pyplot as plt image = data.camera() dst =filters.threshold_adaptive(image, 15) #返回一个阈值图像 plt.figure('thresh',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('original image') plt.imshow(image,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.title('binary image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) plt.show() 

 

 

你们能够修改block_size的大小和method值来查看更多的效果。如：

dst1 =filters.threshold_adaptive(image,31,'mean') dst2 =filters.threshold_adaptive(image,5,'median')

两种效果以下：

 

 

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基本图形的绘制

图形包括线条、圆形、椭圆形、多边形等。
在skimage包中，绘制图形用的是draw模块，不要和绘制图像搞混了。
一、画线条
函数调用格式为：

skimage.draw.line(r1,c1,r2,c2) 

r1,r2: 开始点的行数和结束点的行数
c1,c2: 开始点的列数和结束点的列数
返回当前绘制图形上全部点的坐标，如：

rr, cc =draw.line(1, 5, 8, 2)

表示从（1，5）到（8，2）连一条线，返回线上全部的像素点坐标[rr,cc]

from skimage import draw,data import matplotlib.pyplot as plt img=data.chelsea() rr, cc =draw.line(1, 150, 470, 450) img[rr, cc] =255 plt.imshow(img,plt.cm.gray) 

 

 

若是想画其它颜色的线条，则可使用set_color（）函数，格式为：

skimage.draw.set_color(img, coords, color) 

例：

draw.set_color(img,[rr,cc],[255,0,0]) 

则绘制红色线条。

from skimage import draw,data import matplotlib.pyplot as plt img=data.chelsea() rr, cc =draw.line(1, 150, 270, 250) draw.set_color(img,[rr,cc],[0,0,255]) plt.imshow(img,plt.cm.gray) 

 

二、画圆
函数格式：

skimage.draw.circle(cy, cx, radius） 

cy和cx表示圆心点，radius表示半径

from skimage import draw,data import matplotlib.pyplot as plt img=data.chelsea() rr, cc=draw.circle(150,150,50) draw.set_color(img,[rr,cc],[255,0,0]) plt.imshow(img,plt.cm.gray) 

 

 

三、多边形
函数格式：

skimage.draw.polygon(Y,X) 

Y为多边形顶点的行集合，X为各顶点的列值集合。

from skimage import draw,data import matplotlib.pyplot as plt import numpy as np img=data.chelsea() Y=np.array([10,10,60,60]) X=np.array([200,400,400,200]) rr, cc=draw.polygon(Y,X) draw.set_color(img,[rr,cc],[255,0,0]) plt.imshow(img,plt.cm.gray) 

 

 

我在此处只设置了四个顶点，所以是个四边形。
四、椭圆
格式：

skimage.draw.ellipse(cy, cx, yradius, xradius） 

cy和cx为中心点坐标，yradius和xradius表明长短轴。

from skimage import draw,data import matplotlib.pyplot as plt img=data.chelsea() rr, cc=draw.ellipse(150, 150, 30, 80) draw.set_color(img,[rr,cc],[255,0,0]) plt.imshow(img,plt.cm.gray) 

 

 

五、贝塞儿曲线
格式：

skimage.draw.bezier_curve(y1,x1,y2,x2,y3,x3,weight) 

y1,x1表示第一个控制点坐标
y2,x2表示第二个控制点坐标
y3,x3表示第三个控制点坐标
weight表示中间控制点的权重，用于控制曲线的弯曲度。

from skimage import draw,data import matplotlib.pyplot as plt img=data.chelsea() rr, cc=draw.bezier_curve(150,50,50,280,260,400,2) draw.set_color(img,[rr,cc],[255,0,0]) plt.imshow(img,plt.cm.gray) 

 

 

六、画空心圆
和前面的画圆是同样的，只是前面是实心圆，而此处画空心圆，只有边框线。
格式：

skimage.draw.circle_perimeter(yx,yc,radius) 

yx,yc是圆心坐标，radius是半径

from skimage import draw,data import matplotlib.pyplot as plt img=data.chelsea() rr, cc=draw.circle_perimeter(150,150,50) draw.set_color(img,[rr,cc],[255,0,0]) plt.imshow(img,plt.cm.gray) 

 

 

七、空心椭圆
格式：

skimage.draw.ellipse_perimeter(cy, cx, yradius, xradius） 

cy,cx表示圆心
yradius,xradius表示长短轴

from skimage import draw,data import matplotlib.pyplot as plt img=data.chelsea() rr, cc=draw.ellipse_perimeter(150, 150, 30, 80) draw.set_color(img,[rr,cc],[255,0,0]) plt.imshow(img,plt.cm.gray) 

 

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基本形态学滤波

对图像进行形态学变换。变换对象通常为灰度图或二值图，功能函数放在morphology子模块内。

一、膨胀（dilation)

原理：通常对二值图像进行操做。找到像素值为1的点，将它的邻近像素点都设置成这个值。1值表示白，0值表示黑，所以膨胀操做能够扩大白色值范围，压缩黑色值范围。通常用来扩充边缘或填充小的孔洞。
功能函数：

skimage.morphology.dilation(image, selem=None） 

selem表示结构元素，用于设定局部区域的形状和大小。

from skimage import data import skimage.morphology as sm import matplotlib.pyplot as plt img=data.checkerboard() dst1=sm.dilation(img,sm.square(5)) #用边长为5的正方形滤波器进行膨胀滤波 dst2=sm.dilation(img,sm.square(15)) #用边长为15的正方形滤波器进行膨胀滤波 plt.figure('morphology',figsize=(8,8)) plt.subplot(131) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.subplot(132) plt.title('morphological image') plt.imshow(dst1,plt.cm.gray) plt.subplot(133) plt.title('morphological image') plt.imshow(dst2,plt.cm.gray) 

分别用边长为5或15的正方形滤波器对棋盘图片进行膨胀操做，结果以下：

 

 

 

可见滤波器的大小，对操做结果的影响很是大。通常设置为奇数。
除了正方形的滤波器外，滤波器的形状还有一些，现列举以下：

morphology.square: 正方形 morphology.disk: 平面圆形 morphology.ball: 球形 morphology.cube: 立方体形 morphology.diamond: 钻石形 morphology.rectangle: 矩形 morphology.star: 星形 morphology.octagon: 八角形 morphology.octahedron： 八面体 

注意，若是处理图像为二值图像（只有0和1两个值），则能够调用：

skimage.morphology.binary_dilation(image, selem=None） 

用此函数比处理灰度图像要快。

二、腐蚀（erosion)

函数：

skimage.morphology.erosion(image, selem=None） 

selem表示结构元素，用于设定局部区域的形状和大小。
和膨胀相反的操做，将0值扩充到邻近像素。扩大黑色部分，减少白色部分。可用来提取骨干信息，去掉毛刺，去掉孤立的像素。

from skimage import data import skimage.morphology as sm import matplotlib.pyplot as plt img=data.checkerboard() dst1=sm.erosion(img,sm.square(5)) #用边长为5的正方形滤波器进行膨胀滤波 dst2=sm.erosion(img,sm.square(25)) #用边长为25的正方形滤波器进行膨胀滤波 plt.figure('morphology',figsize=(8,8)) plt.subplot(131) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.subplot(132) plt.title('morphological image') plt.imshow(dst1,plt.cm.gray) plt.subplot(133) plt.title('morphological image') plt.imshow(dst2,plt.cm.gray) 

 

 

注意，若是处理图像为二值图像（只有0和1两个值），则能够调用：

skimage.morphology.binary_erosion(image, selem=None） 

用此函数比处理灰度图像要快。
三、开运算（opening)
函数：

skimage.morphology.openning(image, selem=None） 

selem表示结构元素，用于设定局部区域的形状和大小。
先腐蚀再膨胀，能够消除小物体或小斑块。

from skimage import io,color import skimage.morphology as sm import matplotlib.pyplot as plt img=color.rgb2gray(io.imread('d:/pic/mor.png')) dst=sm.opening(img,sm.disk(9)) #用边长为9的圆形滤波器进行膨胀滤波 plt.figure('morphology',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.axis('off') plt.subplot(122) plt.title('morphological image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) plt.axis('off') 

 

 

注意，若是处理图像为二值图像（只有0和1两个值），则能够调用：

skimage.morphology.binary_opening(image, selem=None） 

用此函数比处理灰度图像要快。
四、闭运算（closing)
函数：

skimage.morphology.closing(image, selem=None） 

selem表示结构元素，用于设定局部区域的形状和大小。
先膨胀再腐蚀，可用来填充孔洞。

from skimage import io,color import skimage.morphology as sm import matplotlib.pyplot as plt img=color.rgb2gray(io.imread('d:/pic/mor.png')) dst=sm.closing(img,sm.disk(9)) #用边长为5的圆形滤波器进行膨胀滤波 plt.figure('morphology',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.axis('off') plt.subplot(122) plt.title('morphological image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) plt.axis('off') 

 

 

注意，若是处理图像为二值图像（只有0和1两个值），则能够调用：

skimage.morphology.binary_closing(image, selem=None） 

用此函数比处理灰度图像要快。
五、白帽（white-tophat)
函数：

skimage.morphology.white_tophat(image, selem=None） 

selem表示结构元素，用于设定局部区域的形状和大小。
将原图像减去它的开运算值，返回比结构化元素小的白点

from skimage import io,color import skimage.morphology as sm import matplotlib.pyplot as plt img=color.rgb2gray(io.imread('d:/pic/mor.png')) dst=sm.white_tophat(img,sm.square(21)) plt.figure('morphology',figsize=(8,8)) plt.subplot(121)plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.axis('off') plt.subplot(122) plt.title('morphological image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) plt.axis('off') 

 

 

六、黑帽（black-tophat)
函数：

skimage.morphology.black_tophat(image, selem=None） 

selem表示结构元素，用于设定局部区域的形状和大小。
将原图像减去它的闭运算值，返回比结构化元素小的黑点，且将这些黑点反色。

from skimage import io,color import skimage.morphology as sm import matplotlib.pyplot as plt img=color.rgb2gray(io.imread('d:/pic/mor.png')) dst=sm.black_tophat(img,sm.square(21)) plt.figure('morphology',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.axis('off') plt.subplot(122) plt.title('morphological image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) plt.axis('off') 

 

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高级滤波

本文提供更多更强大的滤波方法，这些方法放在filters.rank子模块内。
这些方法须要用户本身设定滤波器的形状和大小，所以须要导入morphology模块来设定。

一、autolevel
这个词在photoshop里面翻译成自动色阶，用局部直方图来对图片进行滤波分级。
该滤波器局部地拉伸灰度像素值的直方图，以覆盖整个像素值范围。
格式：

skimage.filters.rank.autolevel(image, selem） 

selem表示结构化元素，用于设定滤波器。

from skimage import data,color import matplotlib.pyplot as plt from skimage.morphology import disk import skimage.filters.rank as sfr img =color.rgb2gray(data.lena()) auto =sfr.autolevel(img, disk(5)) #半径为5的圆形滤波器 plt.figure('filters',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.title('filted image') plt.imshow(auto,plt.cm.gray) 

 

 

二、bottomhat 与 tophat
bottomhat: 此滤波器先计算图像的形态学闭运算，而后用原图像减去运算的结果值，有点像黑帽操做。

 

bophat: 此滤波器先计算图像的形态学开运算，而后用原图像减去运算的结果值，有点像白帽操做。
格式：

skimage.filters.rank.bottomhat(image, selem） skimage.filters.rank.tophat(image, selem） 

selem表示结构化元素，用于设定滤波器。
下面是bottomhat滤波的例子：

from skimage import data,color import matplotlib.pyplot as plt from skimage.morphology import disk import skimage.filters.rank as sfr img =color.rgb2gray(data.lena()) auto =sfr.bottomhat(img, disk(5)) #半径为5的圆形滤波器 plt.figure('filters',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.title('filted image') plt.imshow(auto,plt.cm.gray) 

 

三、enhance_contrast

对比度加强。求出局部区域的最大值和最小值，而后看当前点像素值最接近最大值仍是最小值，而后替换为最大值或最小值。
函数：

enhance_contrast(image, selem）

selem表示结构化元素，用于设定滤波器。

from skimage import data,color import matplotlib.pyplot as plt from skimage.morphology import disk import skimage.filters.rank as sfr img =color.rgb2gray(data.lena()) auto =sfr.enhance_contrast(img, disk(5)) #半径为5的圆形滤波器plt.figure('filters',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.title('filted image') plt.imshow(auto,plt.cm.gray) 

 

四、entropy

求局部熵，熵是使用基为2的对数运算出来的。该函数将局部区域的灰度值分布进行二进制编码，返回编码的最小值。
函数格式：

entropy(image, selem）

selem表示结构化元素，用于设定滤波器。

from skimage import data,color import matplotlib.pyplot as plt from skimage.morphology import disk import skimage.filters.rank as sfr img =color.rgb2gray(data.lena()) dst =sfr.entropy(img, disk(5)) #半径为5的圆形滤波器 plt.figure('filters',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.title('filted image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) 

 

 

五、equalize
均衡化滤波。利用局部直方图对图像进行均衡化滤波。
函数格式：

 

equalize(image, selem）

selem表示结构化元素，用于设定滤波器。

from skimage import data,color import matplotlib.pyplot as plt from skimage.morphology import disk import skimage.filters.rank as sfr img =color.rgb2gray(data.lena()) dst =sfr.equalize(img, disk(5)) #半径为5的圆形滤波器 plt.figure('filters',figsize=(8,8)) plt.subplot(121) plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.subplot(122) plt.title('filted image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) 

 

 

六、gradient
返回图像的局部梯度值（如：最大值-最小值），用此梯度值代替区域内全部像素值。
函数格式：

gradient(image, selem）

selem表示结构化元素，用于设定滤波器。

from skimage import data,color import matplotlib.pyplot as plt from skimage.morphology import disk import skimage.filters.rank as sfr img =color.rgb2gray(data.lena()) dst =sfr.gradient(img, disk(5)) #半径为5的圆形滤波器 plt.figure('filters',figsize=(8,8)) plt.subplot(121)plt.title('origin image') plt.imshow(img,plt.cm.gray) plt.subplot(122)plt.title('filted image') plt.imshow(dst,plt.cm.gray) 

 

 

七、其它滤波器
滤波方式不少，下面再也不一一详细讲解，仅给出核心代码，全部的函数调用方式都是同样的。
最大值滤波器（maximum):返回图像局部区域的最大值，用此最大值代替该区域内全部像素值。

dst =sfr.maximum(img, disk(5))

最小值滤波器（minimum)：返回图像局部区域内的最小值，用此最小值取代该区域内全部像素值。

dst =sfr.minimum(img, disk(5))

均值滤波器（mean) : 返回图像局部区域内的均值，用此均值取代该区域内全部像素值。

dst =sfr.mean(img, disk(5))

中值滤波器（median): 返回图像局部区域内的中值，用此中值取代该区域内全部像素值。

dst =sfr.median(img, disk(5))

莫代尔滤波器（modal) : 返回图像局部区域内的modal值，用此值取代该区域内全部像素值。

dst =sfr.modal(img, disk(5))

otsu阈值滤波（otsu): 返回图像局部区域内的otsu阈值，用此值取代该区域内全部像素值。

dst =sfr.otsu(img, disk(5))

阈值滤波（threshhold): 将图像局部区域中的每一个像素值与均值比较，大于则赋值为1，小于赋值为0，获得一个二值图像。

dst =sfr.threshold(img, disk(5))

减均值滤波（subtract_mean): 将局部区域中的每个像素，减去该区域中的均值。

dst =sfr.subtract_mean(img, disk(5))

求和滤波（sum) :求局部区域的像素总和，用此值取代该区域内全部像素值。

dst =sfr.sum(img, disk(5))

参考文献
python数字图像处理