opencv # Sobel算子、Laplacian算子、Canny边缘检测、findContours、drawContours绘制轮廓、外接矩形

一、Sobel算子

案例图片

cv2.Sobel(src, ddepth, dx, dy, ksize=3, scale=1, delta=0, borderType=None)

功能：用于计算图像梯度（gradient）的函数

参数：

src: 输入图像，它应该是灰度图像。

ddepth: 输出图像的所需深度（数据类型）。通常，你可以使用 -1 来表示与输入图像相同的深度，或者使用如 cv2.CV_64F 等来指定特定的深度。由于梯度计算可能产生负值，因此建议使用能够包含负数的数据类型。

dx: x 方向上的导数阶数。如果你想要计算 x 方向上的梯度，设置这个参数为 1；如果你不关心 x 方向上的梯度，设置这个参数为 0。

dy: y 方向上的导数阶数。如果你想要计算 y 方向上的梯度，设置这个参数为 1；如果你不关心 y 方向上的梯度，设置这个参数为 0。通常，你不会同时设置 dx 和 dy 都为 0。

ksize: Sobel 核的大小。它必须是 1、3、5、7 或 9 之一。这个参数决定了用于计算梯度的滤波器的大小。大小为 1 时表示使用最小的滤波器，但通常你会使用更大的滤波器来平滑梯度计算。

scale: 可选参数，表示计算梯度时的缩放因子。默认值为 1，表示不进行缩放。你可以通过调整这个参数来放大或缩小梯度的结果。

delta: 可选参数，表示在将结果存储到目标图像之前要添加到结果中的可选增量值。默认值为 0，表示不添加增量。

borderType: 像素外推方法，例如 cv2.BORDER_DEFAULT、cv2.BORDER_REFLECT 等。这个参数决定了在图像边界处如何处理像素外推。

import cv2
import numpy as npimg=cv2.imread('./shudu.png')img_sobel = cv2.Sobel(img,-1,0,1,ksize=3)img_sobel2 = cv2.Sobel(img,-1,1,0,ksize=3)cv2.imshow('1',img)
cv2.imshow('2',img_sobel)
cv2.imshow('3',img_sobel2)
cv2.waitKey(0)

二、Laplacian算子

cv2.Laplacian(src, ddepth, ksize=1, scale=1, delta=0, borderType=None)

功能：用于计算图像的拉普拉斯算子（Laplacian）

参数：

src: 输入图像，它应该是灰度图像。

ddepth: 输出图像的所需深度。这个参数决定了输出图像的深度（数据类型）。通常，你可以使用 -1 来表示与输入图像相同的深度，或者使用 cv2.CV_64F 等来指定特定的深度。由于拉普拉斯算子可能产生负值，因此通常建议使用能够包含负数的数据类型，如 cv2.CV_64F。

ksize: 算子的大小。它必须是 1、3、5 或 7 之一。这个参数决定了用于计算拉普拉斯算子的滤波器的大小。大小为 1 时表示使用 4 邻域拉普拉斯算子，其他大小则使用更大的滤波器。

scale: 可选参数，表示计算拉普拉斯算子时的缩放因子。默认值为 1，表示不进行缩放。你可以通过调整这个参数来放大或缩小拉普拉斯算子的结果。

delta: 可选参数，表示在将结果存储到目标图像之前要添加到结果中的可选增量值。默认值为 0，表示不添加增量。

borderType: 像素外推方法，例如 cv2.BORDER_DEFAULT、cv2.BORDER_REFLECT 等。这个参数决定了在图像边界处如何处理像素外推。当 ksize 大于 1 时，这个参数才有意义。

import cv2img=cv2.imread('./shudu.png')img_lap = cv2.Laplacian(img,-1,ksize=3)cv2.imshow('1',img)
cv2.imshow('2',img_lap)
cv2.waitKey(0)

三、Canny边缘检测

cv2.Canny(image, threshold1, threshold2, edges, apertureSize, L2gradient)

功能：用于边缘检测的函数

参数：

‌image‌：输入图像，它应该是一个灰度图像（单通道）。

‌threshold1‌：第一个阈值，用于边缘检测的滞后过程。这个值较低，用于确定边缘的初始点。

‌threshold2‌：第二个阈值，用于边缘检测的滞后过程。这个值较高，用于确定边缘的最终点。如果某个像素点的梯度值高于这个阈值，它被认为是边缘；如果低于这个值但高于threshold1，并且与高于threshold2的像素点相连，它也被认为是边缘。

‌edges‌：输出图像，与输入图像大小相同，但通常是二值图像（即只包含边缘和非边缘的像素）。

‌apertureSize‌（可选，默认为3）： Sobel算子的大小，它决定了梯度计算的邻域大小。它必须是1、3、5或7之一。

‌L2gradient‌（可选，默认为False）：一个布尔值，指示是否使用更精确的L2范数进行梯度计算。如果为True，则使用L2范数（即欧几里得距离）；如果为False，则使用L1范数（即曼哈顿距离）。L2范数通常更精确，但计算成本也更高。

import cv2img = cv2.imread('./road.png')img_gray=cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)_,img_binary=cv2.threshold(img_gray,125,255,cv2.THRESH_BINARY+cv2.THRESH_OTSU)img_blur=cv2.GaussianBlur(img_binary,(3,3),3)img_canny=cv2.Canny(img_blur,30,70)cv2.imshow('0',img)
cv2.imshow('gray',img_gray)
cv2.imshow('binary',img_binary)
cv2.imshow('blur',img_blur)
cv2.imshow('canny',img_canny)
cv2.waitKey(0)

四、findContours

cv2.findContours(image, mode, method, contour, hierarchy, offset.)

功能：用于检测图像轮廓的函数

参数:

‌image‌ (必需): 输入图像，通常是一个二值图像（即只包含黑白两种颜色的图像），其中白色部分代表要检测的对象，黑色部分代表背景。也可以是非二值图像，但通常需要先进行某种形式的预处理，如阈值分割或边缘检测。

‌mode‌ (可选，某些版本中必需): 轮廓检索模式。它决定了函数如何检测轮廓。常见的模式有：

cv2.RETR_EXTERNAL：只检索最外层轮廓。

cv2.RETR_LIST：检索所有轮廓，但不创建任何父子关系。

cv2.RETR_CCOMP：检索所有轮廓，并将它们组织为两层结构，其中顶层是连通域的外边界，底层是孔的内边界。

cv2.RETR_TREE：检索所有轮廓，并重建完整的层次结构。

‌method‌ (可选，某些版本中必需): 轮廓近似方法。它决定了轮廓的近似程度。常见的方法有：

cv2.CHAIN_APPROX_NONE：存储所有的轮廓点，不进行任何近似。

cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE：压缩水平、垂直和对角线段，只保留它们的终点。

cv2.CHAIN_APPROX_TC89_L1、cv2.CHAIN_APPROX_TC89_KCOS：应用 Teh-Chin 链式近似算法的一种变体。

‌contours‌ (某些版本中作为返回值): 在某些 OpenCV 版本中，这个参数是用来存储检测到的轮廓的。它是一个 Python 列表，其中每个元素都是一个轮廓，轮廓是由点组成的 NumPy 数组。

‌hierarchy‌ (某些版本中作为返回值): 轮廓的层次结构信息。这是一个 NumPy 数组，包含了关于轮廓之间关系的信息（例如，哪个轮廓是另一个轮廓的父轮廓或子轮廓）。

‌offset‌ (可选，默认为 (0, 0)): 轮廓点的偏移量。这个参数允许你在原始图像坐标系的基础上对轮廓点进行平移。

五、drawContours绘制轮廓

cv2.drawContours(image, contours, contourIdx, color, thickness, lineType, hierarchy, maxLevel, offset)

功能：用于在图像上绘制轮廓的函数

参数：

image‌ (必需): 这是要在其上绘制轮廓的输入图像。它应该是一个三通道图像（例如，彩色图像）或单通道图像（例如，灰度图像），但通常是三通道图像，以便可以使用不同的颜色来绘制轮廓。

‌contours‌ (必需): 这是一个 Python 列表，包含要绘制的所有轮廓。每个轮廓都是一个点集，通常是由 cv2.findContours() 函数返回的 NumPy 数组。

‌contourIdx‌ (可选，默认为 -1): 指定要绘制的轮廓的索引。如果为 -1，则绘制所有轮廓。否则，只绘制指定索引处的轮廓。

‌color‌ (可选，默认为 (0, 255, 0)): 轮廓的颜色。它是一个三元组，表示 BGR（蓝、绿、红）颜色空间中的颜色。例如，(0, 255, 0) 表示绿色。

‌thickness‌ (可选，默认为 1): 轮廓的厚度。如果为正数，则轮廓将被绘制为指定厚度的线条。如果为负数（例如 -1），则轮廓内部将被填充。

‌lineType‌ (可选，默认为 cv2.LINE_8): 线条的类型。它决定了轮廓线条的平滑度。cv2.LINE_8 表示 8-连通线，cv2.LINE_4 表示 4-连通线，cv2.LINE_AA 表示抗锯齿线。

‌hierarchy‌ (可选，默认为 None): 轮廓的层次结构信息。这是一个 NumPy 数组，通常由 cv2.findContours() 函数返回。它包含了关于轮廓之间关系的信息，例如哪个轮廓是另一个轮廓的父轮廓或子轮廓。在绘制所有轮廓时，这个参数通常不需要。

‌maxLevel‌ (可选，默认为 INT_MAX): 用于控制绘制轮廓的层次深度。当 contourIdx 参数为 -1 时，这个参数才有效。它决定了要绘制的轮廓的最大层次深度。

‌offset‌ (可选，默认为 (0, 0)): 轮廓点的偏移量。这个参数允许你在原始图像坐标系的基础上对轮廓点进行平移。

import cv2img = cv2.imread('./number.png')img_gray=cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)_,img_binary=cv2.threshold(img_gray,125,255,cv2.THRESH_BINARY+cv2.THRESH_OTSU)contours,hierarchy=cv2.findContours(img_binary,     #二值化的图cv2.RETR_LIST,  #查询轮廓方式cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)        #保存轮廓坐标点的方式
img_copy=img.copy() #拷贝不然会修改图像
img_draw=cv2.drawContours(img_copy, #绘制的图像contours, #轮廓的顶点坐标集-1,#所有轮廓(0,0,255),3 #线条粗细)cv2.imshow('1',img)
cv2.imshow('2',img_draw)
cv2.waitKey(0)

六、外接矩形

import cv2
import numpy as npimg = cv2.imread("./outline.png")
# 灰度化
img_gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGRA2GRAY)
# 二值化
_, img_binary = cv2.threshold(img_gray,127,255,cv2.THRESH_BINARY_INV+cv2.THRESH_OTSU)
# 寻找轮廓
contours, _ = cv2.findContours(img_binary, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
# 绘制轮廓
img_draw = img.copy()
cv2.drawContours(img_draw, contours, -1, (0, 0, 255), 2)# 给所有轮廓都绘制 外接
for i in contours:# 第一种：调用外接矩形函数，获取当前轮廓点的左上角的坐标(x, y) 宽w 高hx, y, w, h = cv2.boundingRect(i)# 画矩形cv2.rectangle(img_draw, [x, y], [x+w, y+h], (0, 255, 0), 2)# 第二种：调用最小面积外接矩形函数，获取包含三个元素的元组（中心点坐标、长宽、旋转角度）# ((center_x, center_y), (width, height), angle)ret = cv2.minAreaRect(i)# 调用cv2.boxPoints(ret)可以获取旋转矩阵的四个顶点box = np.int32(cv2.boxPoints(ret))# 绘制轮廓cv2.drawContours(img_draw, [box], -1, (255, 255, 0), 3)# 第三种：调用最小外接圆函数，获取圆心坐标 和 半径(x, y), radius = cv2.minEnclosingCircle(i)(x, y, radius) = np.int32((x, y, radius))# 画圆cv2.circle(img_draw, (x, y), radius, (255, 0, 255), 3)cv2.imshow('image', img)
cv2.imshow('image_draw', img_draw)
cv2.waitKey(0)