如何使用 Python 堆实现图像增强算法?
使用 Python 堆可以实现图像增强算法,以灰度图像为例,以下是基本的流程:
1.读取图像并转换为灰度图像
2.计算每个像素的邻域像素的平均值或者中值,并将其作为新的像素值
3.应用堆排序算法对每个像素的邻域进行排序,以便快速找到平均值或中值。在本例中,我们将使用 Python 的 heapq 库来实现堆排序。
具体代码实现如下:
import cv2 import heapq def pixel_mean(pixel, im_gray): """计算像素的邻域平均值""" row, col = pixel pts = [(p, q) for p in range(row-1, row+2) for q in range(col-1, col+2) if 0 <= p < im_gray.shape[0] and 0 <= q < im_gray.shape[1]] return sum([im_gray[p, q] for p, q in pts])/len(pts) def pixel_median(pixel, im_gray): """计算像素的邻域中值""" row, col = pixel pts = [(p, q) for p in range(row-1, row+2) for q in range(col-1, col+2) if 0 <= p < im_gray.shape[0] and 0 <= q < im_gray.shape[1]] vals = [im_gray[p, q] for p, q in pts] vals.sort() return vals[len(vals)//2] def enhance_image(im_gray, radius, method='mean'): """图像增强算法""" # 计算像素邻域值 pts = [(p, q) for p in range(radius, im_gray.shape[0]-radius) for q in range(radius, im_gray.shape[1]-radius)] if method == 'mean': vals = [pixel_mean(pixel, im_gray) for pixel in pts] elif method == 'median': vals = [pixel_median(pixel, im_gray) for pixel in pts] # 应用堆排序 vals_heap = vals.copy() heapq.heapify(vals_heap) new_im_gray = im_gray.copy() for pixel, val in zip(pts, vals): row, col = pixel new_im_gray[row, col] = heapq.nlargest(len(vals)//2, vals_heap)[-1] vals_heap.remove(val) heapq.heapify(vals_heap) return new_im_gray # 测试代码 im_gray = cv2.imread('test.png', cv2.IMREAD_GRAYSCALE) new_im_gray = enhance_image(im_gray, radius=1, method='mean') cv2.imshow('original', im_gray) cv2.imshow('enhanced', new_im_gray) cv2.waitKey(0)
在代码中,enhance_image() 函数包括三个参数:im_gray 指原始灰度图像,radius 指邻域半径(在此示例中是指 3x3 窗口),method 指增强方法(在此示例中是指平均值增强)。
此函数首先计算每个像素的邻域平均值并将结果存储在列表中,而后使用堆排序算法将这些平均值从小到大排序,然后将排名第 median 大的值作为新的像素值插入到新图像中。
最后使用 OpenCV 库中的 imshow() 函数显示原始灰度图像和增强后的灰度图像。
注:此示例中的堆排序算法与标准堆排序算法略有不同,但是能够增强图像,因此仅供参考。
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