原理：
梯度本质上就是导数。OpenCV 提供了三种不同的梯度滤波器，或者说高通滤波器：Sobel，Scharr 和Laplacian。Sobel，Scharr 其实就是求一阶或二阶导数。Scharr 是对Sobel（使用小的卷积核求解求解梯度角度时）的优化。Laplacian 是求二阶导数。
1.Sobel 算子和Scharr 算子
Sobel 算子是高斯平滑与微分操作的结合体，所以它的抗噪声能力很好。你可以设定求导的方向（xorder 或yorder）。还可以设定使用的卷积核的大小（ksize）。如果ksize=-1，会使用3x3 的Scharr 滤波器，它的的效果要比3x3 的Sobel 滤波器好（而且速度相同，所以在使用3x3 滤波器时应该尽量使用Scharr 滤波器）。3x3 的Scharr 滤波器卷积核如下：
image.png
2.Laplacian 算子
拉普拉斯算子可以使用二阶导数的形式定义，可假设其离散实现类似于二阶Sobel 导数，事实上，OpenCV 在计算拉普拉斯算子时直接调用Sobel 算子。计算公式如下：
image.png
代码
下面的代码分别使用以上三种滤波器对同一幅图进行操作。使用的卷积核
都是 5x5 的。
import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
img=cv2.imread('dave.jpg',0)
#cv2.CV_64F 输出图像的深度（数据类型），可以使用-1, 与原图像保持一致 np.uint8
laplacian=cv2.Laplacian(img,cv2.CV_64F)
# 参数 1,0 为只在 x 方向求一阶导数，最大可以求 2 阶导数。
sobelx=cv2.Sobel(img,cv2.CV_64F,1,0,ksize=5)
# 参数 0,1 为只在 y 方向求一阶导数，最大可以求 2 阶导数。
sobely=cv2.Sobel(img,cv2.CV_64F,0,1,ksize=5)
plt.subplot(2,2,1),plt.imshow(img,cmap = 'gray')
plt.title('Original'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(2,2,2),plt.imshow(laplacian,cmap = 'gray')
plt.title('Laplacian'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(2,2,3),plt.imshow(sobelx,cmap = 'gray')
plt.title('Sobel X'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(2,2,4),plt.imshow(sobely,cmap = 'gray')
plt.title('Sobel Y'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.show()
image.png
附：
在上面这个例子的注释有提到：当我们可以通过参数-1 来设定输出图像的深度（数据类型）与原图像保持一致，但是我们在代码中使用的却是cv2.CV_64F。这是为什么呢？想象一下一个从黑到白的边界的导数是整数，而一个从白到黑的边界点导数却是负数。如果原图像的深度是np.int8 时，所有的负值都会被截断变成0，换句话说就是把把边界丢失掉。所以如果这两种边界你都想检测到，最好的的办法就是将输出的数据类型设置的更高，比如cv2.CV_16S，cv2.CV_64F 等。取绝对值然后再把它转回到cv2.CV_8U。下面的示例演示了输出图片的深度不同造成的不同效果。
import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
img = cv2.imread('boxs.png',0)
# Output dtype = cv2.CV_8U
sobelx8u = cv2.Sobel(img,cv2.CV_8U,1,0,ksize=5)
# 也可以将参数设为-1
#sobelx8u = cv2.Sobel(img,-1,1,0,ksize=5)
# Output dtype = cv2.CV_64F. Then take its absolute and convert to cv2.CV_8U
sobelx64f = cv2.Sobel(img,cv2.CV_64F,1,0,ksize=5)
abs_sobel64f = np.absolute(sobelx64f)
sobel_8u = np.uint8(abs_sobel64f)
plt.subplot(1,3,1),plt.imshow(img,cmap = 'gray')
plt.title('Original'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(1,3,2),plt.imshow(sobelx8u,cmap = 'gray')
plt.title('Sobel CV_8U'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.subplot(1,3,3),plt.imshow(sobel_8u,cmap = 'gray')
plt.title('Sobel abs(CV_64F)'), plt.xticks([]), plt.yticks([])
plt.show()
image.png
