如何使用 Python 堆实现图像增强算法?

2023-04-11 00:00:00 算法 图像 如何使用

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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