第2章 Python 数字图像处理(DIP) --数字图像基础4 -- 像素间的一些基本关系 - 邻域 - 距离测试

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import sys
import numpy as np
import cv2
import matplotlib 
import matplotlib.pyplot as plt
import PIL
from PIL import Image

print(f"Python version: {sys.version}")
print(f"Numpy version: {np.__version__}")
print(f"Opencv version: {cv2.__version__}")
print(f"Matplotlib version: {matplotlib.__version__}")
print(f"Pillow version: {PIL.__version__}")
Python version: 3.6.12 |Anaconda, Inc.| (default, Sep  9 2020, 00:29:25) [MSC v.1916 64 bit (AMD64)]
Numpy version: 1.16.6
Opencv version: 3.4.1
Matplotlib version: 3.3.2
Pillow version: 8.0.1

像素间的一些基本关系

像素的相信像素

  • N_4(p)
  • 坐标(x, y)处的像素p有2个水平的相信像素和2个垂直的相邻像素,它们的坐标是(x+1, y),(x-1, y),(x, y+1),(x, y-1)这组像素称为p的4邻域,用N_4(p)表示
  • N_D(p)
  • p的4个对角相邻像素的坐标是(x+1, y+1),(x+1,y-1),(x-1,y+1),(x-1, y-1)N_D(p)表示。
  • N_8(p)
  • 这些相邻像素和4邻域全称为8邻域

如题一个邻域包含p,那么称该邻域为闭邻域,否则称该邻域为开邻域。

def n4p(x_0):
    x = np.zeros(5)
    y_4 = np.zeros_like(x)
    x[0] = x_0
    y_4[0] = x_0

    x[1] = x[0] + 1
    y_4[1] = y_4[0]

    x[2] = x[0] - 1
    y_4[2] = y_4[0]

    x[3] = x[0]
    y_4[3] = y_4[0] + 1

    x[4] = x[0]
    y_4[4] = y_4[0] - 1
    
    return x, y_4

def ndp(x_0):
    x = np.zeros(5)
    y_D = np.zeros_like(x)
    x[0] = x_0
    y_D[0] = x_0

    x[1] = x[0] + 1
    y_D[1] = y_D[0] + 1

    x[2] = x[0] + 1
    y_D[2] = y_D[0] - 1

    x[3] = x[0] - 1
    y_D[3] = y_D[0] + 1

    x[4] = x[0] - 1
    y_D[4] = y_D[0] - 1
    
    return x, y_D
x_4, y_4 = n4p(0)
x_d, y_d = ndp(0)
x_8 = np.concatenate((x_4, x_d))
y_8 = np.concatenate((y_4, y_d))

plt.figure(figsize=(15, 5))
plt.subplot(1,3,1), plt.scatter(x_4, y_4), plt.title("N_4"),# plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(1,3,2), plt.scatter(x_d, y_d), plt.title("N_D"),# plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(1,3,3), plt.scatter(x_8, y_8), plt.title("N_8"),# plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.tight_layout()
plt.show()
在这里插入图片描述
# 图像的邻域
height, width = 3, 3
img_ori = np.zeros([height, width], dtype=np.float)

img_4 = img_ori.copy()
img_4[0, 1] = 1.0
img_4[1, 0] = 1.0
img_4[1, 1] = 1.0
img_4[1, 2] = 1.0
img_4[2, 1] = 1.0

img_d = img_ori.copy()
img_d[0, 0] = 1.0
img_d[0, 2] = 1.0
img_d[1, 1] = 1.0
img_d[2, 0] = 1.0
img_d[2, 2] = 1.0

img_8 = (img_d + img_4)
img_8[1, 1] = 0.5

plt.figure(figsize=(15, 5))
plt.subplot(1,3,1), plt.imshow(img_4, 'gray'), plt.title("N_4"),# plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(1,3,2), plt.imshow(img_d, 'gray'), plt.title("N_D"),# plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(1,3,3), plt.imshow(img_8, 'gray'), plt.title("N_8"),# plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.tight_layout()
plt.show()
在这里插入图片描述

距离测试

对于坐标分别为(x, y),(u,v)和(w, z)的像素p, q和s,如果
(a)\; D(p, q) \ge 0 \; [D(p,q) = 0, 当且仅当p=q]
(b)\; D(p, q) == D(q, p) 且
(c)\; D(p, s) \leq D(p, q) + D(q, s)
则D是一个距离函数或距离测度。p 和 q之间的区几里得(欧氏)距离定义为:
D_{e}(p, q) = \Big[(x - u)^2 + (y -v)^2 \Big]^{\frac{1}{2}} \tag{2.19}

对于这个距离测度,到点(x, y)的距离小于等于r的像素,是中心在(x, y)、半径为r的圆盘。

p和q之间的距离D_4(称为街区距离-曼哈顿距离)
D_4(p, q) = |x - u| + |y - v| \tag{2.20}

p和q之间的距离D_8(称为棋盘距离)
D_4(p, q) = max(|x - u|, |y - v|) \tag{2.21}

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