Canny 边缘算法的C++ 实现

lena_gray_512

lena_gray_512

高斯滤波

高斯滤波
我之前写过高斯滤波,现在只写代码

cv::Mat Gauss(const cv::Mat& img, double sigma)
{  // 高斯模糊
    int rows = img.rows, cols = img.cols;
    cv::Mat temp(rows, cols, CV_8U, cv::Scalar(0));
    int n = ceil(6 * sigma);
    if (n % 2 == 0)
        n++;
    double** gauss = new double*[n];  //高斯模板
    double sum = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++)
        gauss[i] = new double[n];
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        int x = i - n / 2;
        for (int j = 0; j < n; j++)
        {
            int y = j - n / 2;
            gauss[i][j] = exp(-(pow(x, 2) + pow(y, 2)) / (2 * pow(sigma, 2)));
            sum += gauss[i][j];
        }
    }
    for (int i = 0; i < n; i++)  // 归一化
        for (int j = 0; j < n; j++)
            gauss[i][j] /= sum;
    for (int i = 0; i < rows; i++)
        for (int j = 0; j < cols; j++)
        {
            for (int m = 0; m < n; m++)
                for (int k = 0; k < n; k++)
                    if (i - n / 2 + m >= 0 && i - n / 2 + m < rows && j - n / 2 + k >= 0 && j - n / 2 + k < cols)
                        temp.ptr(i)[j] += gauss[m][k] * img.ptr(i - n / 2 + m)[j - n / 2 + k];
                    else
                        temp.ptr(i)[j] += gauss[m][k] * img.ptr(i)[j];
        }
    return temp;
}
    return temp;
}

高斯滤波后的lena图

sigma=0.8

求梯度

Sobel算子

g_x=\begin{array}{|c|c|c|}\hline -1&0&1\\ \hline -2&0&2\\ \hline -1&0&1\\ \hline \end{array} \quad g_y=\begin{array}{|c|c|c|} \hline -1&-2&-1\\ \hline 0&0&0\\ \hline 1&2&1\\ \hline \end{array}
M(x,y)=|g_x|+|g_y|
\theta(x,y)=arctan(gy/gx)
将方向的值统一到-\pi/4,0,\pi/4,\pi/2

cv::Mat Sobel(const cv::Mat& img, int** theta)
{  //同时计算角度
    const int rows = img.rows;
    const int cols = img.cols;
    cv::Mat temp(rows, cols, CV_8U, cv::Scalar(0));
    int M[rows][cols];
    int gx, gy;
    int min = 1000, max = 0;
    for (int i = 1; i < rows - 1; i++)
        for (int j = 1; j < cols - 1; j++)
        {
            gx = img.ptr(i + 1)[j - 1] + 2 * img.ptr(i + 1)[j] + img.ptr(i + 1)[j + 1] - img.ptr(i - 1)[j - 1] - 2 * img.ptr(i - 1)[j] - img.ptr(i - 1)[j + 1];
            gy = img.ptr(i + 1)[j + 1] + 2 * img.ptr(i)[j + 1] + img.ptr(i - 1)[j + 1] - img.ptr(i - 1)[j - 1] - 2 * img.ptr(i)[j - 1] - img.ptr(i + 1)[j - 1];
            M[i][j] = abs(gx) + abs(gy);
            if (temp.ptr(i)[j] > max)
                max = M[i][j];
            if (temp.ptr(i)[j] < min)
                min = M[i][j];
            if (gx < 0)
            {
                gx = -gx;
                gy = -gy;
            }
            gy = gy << 16;
            int tanpi_8gx = gx * 27146;    // 27146 是tan(pi/8)*(1<<16),使用整形可以加快运算
            int tan3pi_8gx = gx * 158218;  // 158218 是tan(3pi/8)*(1<<16)
            if (abs(gy) > tan3pi_8gx)
                theta[i][j] = 0;
            else if (gy > tanpi_8gx)
                theta[i][j] = 1;
            else if (gy > -tanpi_8gx)
                theta[i][j] = 2;
            else
                theta[i][j] = 3;
        }
    if (max != min)
        for (int i = 1; i < rows - 1; i++)
            for (int j = 1; j < cols - 1; j++)
                M[i][j] = 255 * (M[i][j] - min) / (max - min);
    for (int i = 0; i < rows; i++)
        for (int j = 0; j < cols; j++)
            temp.ptr(i)[j] = M[i][j];
    return temp;
}
Sobel

非极大值抑制

如果梯度赋值在它的方向上不是最大值,将其设0

    int direc_base[4][2] = {{0, 1}, {1, 1}, {1, 0}, {0, -1}};
    for (int i = 1; i < rows - 1; i++)  //非极大值抑制
        for (int j = 1; j < cols - 1; j++)
        {
            if (M.ptr(i)[j] < M.ptr(i + direc_base[alpha[i][j]][0])[j + direc_base[alpha[i][j]][1]] || M.ptr(i)[j] < M.ptr(i - direc_base[alpha[i][j]][0])[j - direc_base[alpha[i][j]][1]])
                M.ptr(i)[j] = 0;
        }
非极大值抑制

双阈值处理

输入高阈值与低阈值
将非极大值抑制的图像分为两个边缘图像MH,ML


canny tl=45,th=100

全部代码

cv::Mat Gauss(const cv::Mat& img, double sigma)
{  // 高斯模糊
    int rows = img.rows, cols = img.cols;
    cv::Mat temp(rows, cols, CV_8U, cv::Scalar(0));
    int n = ceil(6 * sigma);
    if (n % 2 == 0)
        n++;
    double** gauss = new double*[n];  //高斯模板
    double sum = 0;
    for (int i = 0; i < n; i++)
        gauss[i] = new double[n];
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        int x = i - n / 2;
        for (int j = 0; j < n; j++)
        {
            int y = j - n / 2;
            gauss[i][j] = exp(-(pow(x, 2) + pow(y, 2)) / (2 * pow(sigma, 2)));
            sum += gauss[i][j];
        }
    }
    for (int i = 0; i < n; i++)  // 归一化
        for (int j = 0; j < n; j++)
            gauss[i][j] /= sum;
    for (int i = 0; i < rows; i++)
        for (int j = 0; j < cols; j++)
        {
            for (int m = 0; m < n; m++)
                for (int k = 0; k < n; k++)
                    if (i - n / 2 + m >= 0 && i - n / 2 + m < rows && j - n / 2 + k >= 0 && j - n / 2 + k < cols)
                        temp.ptr(i)[j] += gauss[m][k] * img.ptr(i - n / 2 + m)[j - n / 2 + k];
                    else
                        temp.ptr(i)[j] += gauss[m][k] * img.ptr(i)[j];
        }
    return temp;
}
cv::Mat Sobel(const cv::Mat& img, int** theta)
{  //同时计算角度
    const int rows = img.rows;
    const int cols = img.cols;
    cv::Mat temp(rows, cols, CV_8U, cv::Scalar(0));
    int M[rows][cols];
    int gx, gy;
    int min = 1000, max = 0;
    for (int i = 1; i < rows - 1; i++)
        for (int j = 1; j < cols - 1; j++)
        {
            gx = img.ptr(i + 1)[j - 1] + 2 * img.ptr(i + 1)[j] + img.ptr(i + 1)[j + 1] - img.ptr(i - 1)[j - 1] - 2 * img.ptr(i - 1)[j] - img.ptr(i - 1)[j + 1];
            gy = img.ptr(i + 1)[j + 1] + 2 * img.ptr(i)[j + 1] + img.ptr(i - 1)[j + 1] - img.ptr(i - 1)[j - 1] - 2 * img.ptr(i)[j - 1] - img.ptr(i + 1)[j - 1];
            M[i][j] = abs(gx) + abs(gy);
            if (temp.ptr(i)[j] > max)
                max = M[i][j];
            if (temp.ptr(i)[j] < min)
                min = M[i][j];
            if (gx < 0)
            {
                gx = -gx;
                gy = -gy;
            }
            gy = gy << 16;
            int tanpi_8gx = gx * 27146;    // 27146 是tan(pi/8)*(1<<16),使用整形可以加快运算
            int tan3pi_8gx = gx * 158218;  // 158218 是tan(3pi/8)*(1<<16)
            if (abs(gy) > tan3pi_8gx)
                theta[i][j] = 0;
            else if (gy > tanpi_8gx)
                theta[i][j] = 1;
            else if (gy > -tanpi_8gx)
                theta[i][j] = 2;
            else
                theta[i][j] = 3;
        }
    if (max != min)
        for (int i = 1; i < rows - 1; i++)
            for (int j = 1; j < cols - 1; j++)
                M[i][j] = 255 * (M[i][j] - min) / (max - min);
    for (int i = 0; i < rows; i++)
        for (int j = 0; j < cols; j++)
            temp.ptr(i)[j] = M[i][j];
    return temp;
}
cv::Mat Canny(const cv::Mat& img)
{  // Canny边缘检测
    int rows = img.rows, cols = img.cols;
    int direc_base[4][2] = {{0, 1}, {1, 1}, {1, 0}, {0, -1}};
    cv::Mat temp(rows, cols, CV_8U, cv::Scalar(0));
    cv::Mat M(rows, cols, CV_8U, cv::Scalar(0));
    cv::Mat ML(rows, cols, CV_8U, cv::Scalar(0));
    cv::Mat MH(rows, cols, CV_8U, cv::Scalar(0));
    int** alpha = new int*[rows];
    for (int i = 0; i < rows; i++)
        alpha[i] = new int[cols];
    std::cout << "Canny 边缘检测" << std::endl;
    std::cout << "输入高斯模板的sigma" << std::endl;
    double sigma;
    std::cin >> sigma;
    M = Gauss(img, sigma);  // 高斯滤波
    cv::imwrite("gauss.png", M);
    std::cout << "求梯度" << std::endl;
    M = Sobel(M, alpha);
    cv::imwrite("weifen.png", M);
    for (int i = 1; i < rows - 1; i++)  //极大值抑制
        for (int j = 1; j < cols - 1; j++)
        {
            if (M.ptr(i)[j] < M.ptr(i + direc_base[alpha[i][j]][0])[j + direc_base[alpha[i][j]][1]] || M.ptr(i)[j] < M.ptr(i - direc_base[alpha[i][j]][0])[j - direc_base[alpha[i][j]][1]])
                M.ptr(i)[j] = 0;
        }
    for (int i = 0; i < rows; i++)
        delete[] alpha[i];
    delete[] alpha;
    cv::imwrite("yizhi.png", M);
    // 阈值处理
    int tl = 0, th = 0;
    std::cout << "输入tl,th" << std::endl;
    std::cin >> tl >> th;
    for (int i = 0; i < rows; i++)
        for (int j = 0; j < cols; j++)
        {
            if (M.ptr(i)[j] > th)
                MH.ptr(i)[j] = 255;
            else if (M.ptr(i)[j] > tl)
                ML.ptr(i)[j] = 255;
        }
    cv::imwrite("MH.png", MH);
    cv::imwrite("ML.png", ML);
    for (int i = 0; i < rows; i++)
        for (int j = 0; j < cols; j++)
        {
            if (MH.ptr(i)[j] != 0)
            {  //检测弱边缘是否连通
                MH.ptr(i)[j] = 0;
                temp.ptr(i)[j] = 255;
                bool flg = true;
                int* point = new int[2];
                point[0] = i;
                point[1] = j;
                std::stack<int*> S;
                S.push(point);
                while (flg || !S.empty())
                {
                    flg = false;
                    point = S.top();
                part1:
                    for (int m = -1; m <= 1; m++)
                        for (int k = -1; k <= 1; k++)
                        {
                            if (point[0] + m >= 0 && point[0] + m < rows && point[1] + k >= 0 && point[1] + k < cols && ML.ptr(point[0] + m)[point[1] + k] != 0)
                            {
                                temp.ptr(point[0] + m)[point[1] + k] = ML.ptr(point[0] + m)[point[1] + k];
                                ML.ptr(point[0] + m)[point[1] + k] = 0;
                                point = new int[2];
                                point[0] = S.top()[0] + m;
                                point[1] = S.top()[1] + k;
                                S.push(point);
                                flg = true;
                                goto part1;
                            }
                        }
                    if (!flg && !S.empty())
                    {
                        S.pop();
                        delete[] point;
                    }
                }
            }
        }
    cv::imwrite("canny.png", temp);
    // ********************

    return temp;
}

PS:
与opencv自带的Canny相比还有很大的差距,但是不知到如何改进, 希望高手指教

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 216,651评论 6 501
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 92,468评论 3 392
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 162,931评论 0 353
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 58,218评论 1 292
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 67,234评论 6 388
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 51,198评论 1 299
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 40,084评论 3 418
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,926评论 0 274
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 45,341评论 1 311
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 37,563评论 2 333
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,731评论 1 348
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 35,430评论 5 343
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 41,036评论 3 326
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,676评论 0 22
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,829评论 1 269
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 47,743评论 2 368
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 44,629评论 2 354

推荐阅读更多精彩内容