OpenCV基于均值漂移算法(pyrMeanShiftFiltering)的水彩画特效

1、均值漂移算法原理

pyrMeanShiftFiltering算法结合了均值迁移(Mean Shift)算法和图像金字塔(Image Pyramid)的概念,用于图像分割和平滑处理。以下是该算法的详细原理:

1.1 、均值迁移(Mean Shift)算法原理

  • 目标:均值迁移算法的目标是找到图像中颜色分布的峰值,这些峰值代表了图像中的不同区域或对象。
  • 特征空间:对于一幅彩色图像,每个像素点可以表示为一个五维向量(x, y, r, g, b),其中(x, y)是像素的位置坐标,(r, g, b)是像素的颜色值。
  • 迭代过程
  1. 以某个像素点P为圆心,构建一个空间球体(在特征空间中),球体的半径由空间域半径sr和颜色域半径sp决定。
  2. 在这个空间球体内,计算所有点相对于中心点P的色彩向量之和,然后移动中心点P到这个向量的终点,作为新的中心点P1。
  3. 重复上述步骤,直到中心点Pn不再移动,满足迭代终止条件(如达到最大迭代次数或迭代精度)。
  • 结果:经过迭代,收敛到同一点的起始点被归为一类,这些点的像素值被更新为该类中心点的像素值。这样,图像中的相似区域就被平滑处理,同时保留了边缘等差异较大的特征。

1.2 图像金字塔(Image Pyramid)原理

图像金字塔是一种多分辨率图像表示方法,通过将图像在不同尺度下进行下采样,生成一系列分辨率逐渐降低的图像。在pyrMeanShiftFiltering算法中,图像金字塔用于在不同尺度上对图像进行均值迁移滤波,从而增强算法对图像细节的捕捉能力。

2、 pyrMeanShiftFiltering算法实现

函数原型

python 复制代码
dst = cv2.pyrMeanShiftFiltering(src, sp, sr[, dst[, maxLevel[, termcrit]]])

参数说明

src(输入图像):

  • 类型:8位、3通道图像。
  • 说明:这是待处理的源图像。

dst(输出图像):

  • 类型:与源图像格式和大小相同的图像。
  • 说明:这是处理后的输出图像。

sp(空间窗口半径):

  • 类型:double。
  • 说明:定义了像素在物理空间中的邻域范围。该值越大,表示考虑的邻域范围越广。

sr(颜色窗口半径):

  • 类型:double。
  • 说明:定义了像素在颜色空间中的邻域范围。该值越大,表示在颜色空间中考虑的相似颜色范围越广。

maxLevel(最大金字塔层级):

  • 类型:int。
  • 默认值:1。
  • 说明:用于控制图像金字塔的层级数。当maxLevel > 0时,会构建高斯金字塔,并在最小层上首先运行均值迁移过程。之后,结果会传播到较大的层,并且仅在金字塔较低分辨率层的颜色与当前层的颜色相差超过sr的像素上再次运行迭代。

termcrit(终止准则):

  • 类型:TermCriteria。
  • 默认值:TermCriteria(TermCriteria::MAX_ITER+TermCriteria::EPS,5,1)。
  • 说明:定义了何时停止均值迁移迭代的条件。可以是迭代次数满足终止条件、迭代目标与中心点偏差满足终止条件,或者两者的结合。

处理过程

  • 首先,在最高尺度的图像上应用均值迁移滤波。
  • 然后,将滤波后的图像下采样到下一尺度,并重复应用均值迁移滤波。
    这个过程一直持续到达到指定的金字塔层次max_level。
  • 输出:算法输出一张经过平滑处理和分割的图像。在这张图像中,相似颜色的区域被平滑处理,不同区域之间的边缘被保留下来。

效果调试

pyrMeanShiftFiltering算法在图像分割、平滑处理、特征提取等方面有广泛应用。通过调整算法参数(如sp、sr、max_level等),可以获得不同的处理效果。例如,较大的sp和sr值会导致更强烈的平滑效果,而较小的值则能保留更多的图像细节。

3、基于均值漂移的水彩画特效

python 复制代码
import cv2 as cv
import numpy as np

if __name__ == '__main__':
    #读取原始图像
    image = cv.imread('oldman.jpg', cv.IMREAD_COLOR)
    #均值漂移分割
    meanshift = cv.pyrMeanShiftFiltering(image, 16, 64, 2)
    #高斯平滑
    gaussian_filter = cv.GaussianBlur(meanshift, (3, 3), 0.8)
    #中值滤波
    result = cv.medianBlur(gaussian_filter, 3)
    ada_result = np.concatenate((image, result), axis=1)
    cv.imwrite('wash-painting.jpeg', ada_result)
    cv.waitKey()
相关推荐
leoZ2319 小时前
Vue3 还原一个企业级后台-14-项目总结
开发语言·人工智能·后端·opencv·计算机视觉·数据挖掘·rust
W_3260010 小时前
Python-OpenCV:库、环境搭建、图片与摄像头解析
开发语言·图像处理·python·opencv·机器学习
W_3260010 小时前
Python-OpenCV:画布、图形、文字、调色滑动条
图像处理·python·opencv·机器学习·计算机视觉
sali-tec11 小时前
C# 基于OpenCv的视觉工作流-章103-空车位识别
人工智能·opencv·计算机视觉
动物园猫1 天前
猪行为目标检测数据集:9类别、3,700张图像 | 目标检测
人工智能·目标检测·计算机视觉
冻柠檬飞冰走茶1 天前
PTA基础编程题目集 7-35有理数均值(C++语言实现)
开发语言·数据结构·c++·算法·均值算法
在世修行1 天前
深度图像数据格式与RAW文件解析:从字节到三维世界的桥梁
人工智能·数码相机·计算机视觉
AndrewHZ1 天前
图像处理入门006:图像质量评价三剑客:PSNR / SSIM / MSE 原理与代码实战
图像处理·计算机视觉·cv·psnr·rse·ssim
HyperAI超神经1 天前
128K长上下文+智能体强化训练!LFM2.5-2.6B解锁端侧大模型高效部署;DETR用Transformer斩断NMS与Anchor,重塑目标检测
人工智能·深度学习·目标检测·计算机视觉·数据集·transformer
jay神1 天前
深度学习的正确调参顺序
人工智能·深度学习·yolo·计算机视觉·课程设计