#include <iostream>
#include <opencv2/core.hpp>
#include <opencv2/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc.hpp>
//阶乘
int factorial(int n){
int fac = 1;
//0的阶乘
if (n == 0)
return fac;
for (int i = 1; i <= n; ++i){
fac *= i;
}
return fac;
}
//获得Sobel平滑算子
cv::Mat getSobelSmoooth(int wsize){
int n = wsize - 1;
cv::Mat SobelSmooothoper=cv::Mat::zeros(cv::Size(wsize,1),CV_32FC1);
for (int k = 0; k <= n; k++){
float *pt = SobelSmooothoper.ptr<float>(0);
pt[k] = factorial(n) / (factorial(k)*factorial(n - k));
}
return SobelSmooothoper;
}
//获得Sobel差分算子
cv::Mat getSobeldiff(int wsize){
cv::Mat Sobeldiffoper = cv::Mat::zeros(cv::Size(wsize, 1), CV_32FC1);
cv::Mat SobelSmoooth = getSobelSmoooth(wsize - 1);
for (int k = 0; k < wsize; k++){
if (k == 0)
Sobeldiffoper.at<float>(0, k) = 1;
else if (k == wsize - 1)
Sobeldiffoper.at<float>(0, k) = -1;
else
Sobeldiffoper.at<float>(0, k) = SobelSmoooth.at<float>(0, k) - SobelSmoooth.at<float>(0, k - 1);
}
return Sobeldiffoper;
}
//卷积实现
void conv2D(cv::Mat& src, cv::Mat& dst, cv::Mat kernel, int ddepth, cv::Point anchor = cv::Point(-1, -1), int delta = 0, int borderType = cv::BORDER_DEFAULT){
cv::Mat kernelFlip;
cv::flip(kernel, kernelFlip, -1);
cv::filter2D(src, dst, ddepth, kernelFlip, anchor, delta, borderType);
}
//可分离卷积———先垂直方向卷积，后水平方向卷积
void sepConv2D_Y_X(cv::Mat& src, cv::Mat& dst, cv::Mat kernel_Y, cv::Mat kernel_X, int ddepth, cv::Point anchor = cv::Point(-1, -1), int delta = 0, int borderType = cv::BORDER_DEFAULT){
cv::Mat dst_kernel_Y;
conv2D(src, dst_kernel_Y, kernel_Y, ddepth, anchor, delta, borderType); //垂直方向卷积
conv2D(dst_kernel_Y, dst, kernel_X, ddepth, anchor, delta, borderType); //水平方向卷积
}
//可分离卷积———先水平方向卷积，后垂直方向卷积
void sepConv2D_X_Y(cv::Mat& src, cv::Mat& dst, cv::Mat kernel_X, cv::Mat kernel_Y, int ddepth, cv::Point anchor = cv::Point(-1, -1), int delta = 0, int borderType = cv::BORDER_DEFAULT){
cv::Mat dst_kernel_X;
conv2D(src, dst_kernel_X, kernel_X, ddepth, anchor, delta, borderType); //水平方向卷积
conv2D(dst_kernel_X, dst, kernel_Y, ddepth, anchor, delta, borderType); //垂直方向卷积
}
//Sobel算子边缘检测
//dst_X 垂直方向
//dst_Y 水平方向
void Sobel(cv::Mat& src, cv::Mat& dst_X, cv::Mat& dst_Y, cv::Mat& dst, int wsize, int ddepth, cv::Point anchor = cv::Point(-1, -1), int delta = 0, int borderType = cv::BORDER_DEFAULT){
cv::Mat SobelSmooothoper = getSobelSmoooth(wsize); //平滑系数
cv::Mat Sobeldiffoper = getSobeldiff(wsize); //差分系数
//可分离卷积———先垂直方向平滑，后水平方向差分——得到垂直边缘
sepConv2D_Y_X(src, dst_X, SobelSmooothoper.t(), Sobeldiffoper, ddepth);
//可分离卷积———先水平方向平滑，后垂直方向差分——得到水平边缘
sepConv2D_X_Y(src, dst_Y, SobelSmooothoper, Sobeldiffoper.t(), ddepth);
//边缘强度（近似）
dst = abs(dst_X) + abs(dst_Y);
cv::convertScaleAbs(dst, dst); //求绝对值并转为无符号8位图
cv::convertScaleAbs(dst_X, dst_X); //求绝对值并转为无符号8位图
cv::convertScaleAbs(dst_Y, dst_Y);
//cv::pow(dst_X, 2.0, dst_X);
//cv::pow(dst_Y, 2.0, dst_Y);
//cv::sqrt(dst_X + dst_Y, dst);
//dst.convertTo(dst, CV_8UC1);
}
int main(){
cv::Mat src = cv::imread("I:\\Learning-and-Practice\\2019Change\\Image process algorithm\\Img\\Fig1025(a)(building_original).tif");
if (src.empty()){
return -1;
}
if (src.channels() > 1) cv::cvtColor(src, src, CV_RGB2GRAY);
int wsize = 3;
cv::Mat Sobeldiffoper, SobelSmooothoper;
SobelSmooothoper = getSobelSmoooth(wsize);
Sobeldiffoper = getSobeldiff(wsize);
//注意：要采用CV_32F，因为卷积后可能为负数，若用8位无符号，则会导致这些地方为0
cv::Mat dst, dst_X, dst_Y;
Sobel(src, dst_X, dst_Y, dst, wsize, CV_32FC1);
cv::namedWindow("src", CV_WINDOW_NORMAL);
imshow("src", src);
cv::namedWindow("水平边缘", CV_WINDOW_NORMAL);
imshow("水平边缘", dst_Y);
cv::namedWindow("垂直边缘", CV_WINDOW_NORMAL);
imshow("垂直边缘", dst_X);
//cv::namedWindow("边缘强度", CV_WINDOW_NORMAL);
imshow("边缘强度", dst);
cv::namedWindow("边缘强度取反-铅笔素描", CV_WINDOW_NORMAL);
imshow("边缘强度取反-铅笔素描",255-dst);
std::cout <<"SobelSmooothoper: "<< SobelSmooothoper << std::endl;
std::cout << "Sobeldiffoper: " << Sobeldiffoper << std::endl;
cv::waitKey(0);
return 0;
}
