使用Sobel算子檢測圖像的水平特征和垂直特征

一. sobel濾波器介紹

        sobel濾波器常用來提取灰度圖像的水平邊緣（水平特征）和豎直邊緣（豎直特征）

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二. sobel算子        

縱向算子，提取圖像水平邊緣 ↑

 

橫向算子，提取圖像豎直邊緣 ↑

 

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三. 實驗：python實現sobel算子並將算子作用於圖像

import cv2

import numpy as np

# Gray scale

def BGR2GRAY(img):

    b = img[:, :, 0].copy()

    g = img[:, :, 1].copy()

    r = img[:, :, 2].copy()

    # Gray scale

    out = 0.2126 * r + 0.7152 * g + 0.0722 * b

    out = out.astype(np.uint8)

    return out

# sobel filter

def sobel_filter(img, K_size=3):

    if len(img.shape) == 3:

        H, W, C = img.shape

    else:

        H, W = img.shape

    # Zero padding

    pad = K_size // 2

    out = np.zeros((H + pad * 2, W + pad * 2), dtype=np.float)

    out[pad: pad + H, pad: pad + W] = img.copy().astype(np.float)

    tmp = out.copy()

    out_v = out.copy()

    out_h = out.copy()

    ## Sobel vertical

    Kv = [[1., 2., 1.],[0., 0., 0.], [-1., -2., -1.]]

    ## Sobel horizontal

    Kh = [[1., 0., -1.],[2., 0., -2.],[1., 0., -1.]]

    # filtering

    for y in range(H):

        for x in range(W):

            out_v[pad + y, pad + x] = np.sum(Kv * (tmp[y: y + K_size, x: x + K_size]))

            out_h[pad + y, pad + x] = np.sum(Kh * (tmp[y: y + K_size, x: x + K_size]))

    out_v = np.clip(out_v, 0, 255)

    out_h = np.clip(out_h, 0, 255)

    out_v = out_v[pad: pad + H, pad: pad + W].astype(np.uint8)

    out_h = out_h[pad: pad + H, pad: pad + W].astype(np.uint8)

    return out_v, out_h

# Read image

img = cv2.imread("../paojie.jpg").astype(np.float)

# grayscale

gray = BGR2GRAY(img)

# sobel filtering

out_v, out_h = sobel_filter(gray, K_size=3)

# Save result

cv2.imwrite("out_g.jpg",gray)

cv2.imshow("result_g",gray)

cv2.imwrite("out_v.jpg", out_v)

cv2.imshow("result_v", out_v)

cv2.imwrite("out_h.jpg", out_h)

cv2.imshow("result_h", out_h)

cv2.waitKey(0)

cv2.destroyAllWindows()

 

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四. 實驗結果

原圖 ↑

 

原圖轉換為灰度圖像 ↑

 

sobel橫向算子提取了圖像的豎直特征 ↑

 

sobel縱向算子提取了圖像的水平特征 ↑

 

        從本實驗結果我們觀察到，在提取圖像在水平或者垂直方向上的線條或輪廓時，可以使用sobel算子。

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五. 參考內容：

　　https://www.jianshu.com/p/4b13fc189eba