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OpenCV和K-Means图像分割 Python使用OpenCV和K-Means聚类对毕业照进行图像分割

刘润森!   2021-06-10 我要评论
想了解Python使用OpenCV和K-Means聚类对毕业照进行图像分割的相关内容吗,刘润森!在本文为您仔细讲解OpenCV和K-Means图像分割的相关知识和一些Code实例,欢迎阅读和指正,我们先划重点:OpenCV,图像分割,K-Means图像分割,下面大家一起来学习吧。

图像分割是将图像分割成多个不同区域(或片段)的过程。目标是将图像的表示变成更容易和更有意义的图像。

在这篇博客中,我们将看到一种图像分割方法,即K-Means Clustering

K-Means 聚类是一种无监督机器学习算法,旨在将N 个观测值划分为K 个聚类,其中每个观测值都属于具有最近均值的聚类。集群是指由于某些相似性而聚合在一起的数据点的集合。对于图像分割,这里的簇是不同的图像颜色。

我们使用的环境是pip install opencv-python numpy matplotlib

选择的图片是我们学校毕业照的图片,放心这里没有我,在学校公众号找的美图。

导入所需模块:

import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# read the image
image = cv2.imread("Graduation.jpg")

在进行图像分割之前,让我们将图像转换为RGB格式:

image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2RGB)

我们将使用cv2.kmeans()函数,它将一个2D数组作为输入,并且由于我们的原始图像是3D(宽度、高度和深度为3 个 RGB值),我们需要将高度和宽度展平为单个像素向量(3 个 RGB值):

# 将图像重塑为像素和3个颜色值(RGB)的2D数组
print(image.shape) #(853, 1280, 3)
pixel_values = image.reshape((-1, 3))
# 转换为numpy的float32
pixel_values = np.float32(pixel_values)
print(pixel_values.shape) #(1091840, 3)

关于opencv下的kmean算法,函数为cv2.kmeans()
函数的格式为:kmeans(data, K, bestLabels, criteria, attempts, flags)

data: 分类数据,最好是np.float32的数据,每个特征放一列。之所以是np.float32原因是这种数据类型运算速度快,如果是uint型数据将会很慢。

K: 分类数,opencv2的kmeans分类是需要已知分类数的。

bestLabels:预设的分类标签:没有的话 None

criteria:迭代停止的模式选择,这是一个含有三个元素的元组型数。格式为(type,max_iter,epsilon)max_iter迭代次数,epsilon结果的精确性

其中,type又有三种选择:

  • cv2.TERM_CRITERIA_EPS :精确度(误差)满足epsilon停止。
  • cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER:迭代次数超过max_iter停止
  • cv2.TERM_CRITERIA_EPS+cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER,两者合体,任意一个满足结束。
  • - attempts:重复试验kmeans算法次数,将会返回最好的一次结果

flags:初始类中心选择,两种方法

cv2.KMEANS_PP_CENTERS 算法kmeans++的center; cv2.KMEANS_RANDOM_CENTERS随机初始化

在这里,我们需要设置criteria确定停止标准。我们将在超过某些迭代次数(例如500)时停止,或者如果集群移动小于某个 epsilon 值(让我们在这里选择0.1),下面的代码在OpenCV 中定义了这个停止标准:

# 确定停止标准
criteria = (cv2.TERM_CRITERIA_EPS + cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER, 500, 0.1)

上面图像,会发现五种主要颜色(分别是天空、草地、树、人的上身白,人的下身黑)

因此,我们将为这张图片使用K=5:

k = 5
_, labels, (centers) = cv2.kmeans(pixel_values, k, None, criteria, 10, cv2.KMEANS_RANDOM_CENTERS)

cv2.KMEANS_RANDOM_CENTERS只是指示OpenCV最初随机分配集群的值。

我们将扁平化的图像像素值转换为浮点数32类型,是因为cv2.kmeans() 浮点数32类型,然后,让我们将浮点数转换回8 位像素值np.uint8(centers)

# 转换回np.uint8
centers = np.uint8(centers)

# 展平标签阵列
labels = labels.flatten()

segmented_image = centers[labels.flatten()]

转换回原始图像形状并显示:

#重塑回原始图像尺寸
segmented_image = segmented_image.reshape(image.shape)
plt.imshow(segmented_image)
plt.show()


当然,我们还可以禁用图像中的一些K-Means 聚类集群。例如,让我们禁用集群编号1并显示图像:

# 禁用2号群集(将像素变为黑色)
masked_image = np.copy(segmented_image)
# 转换为像素值向量的形状
masked_image = masked_image.reshape((-1, 3))
cluster1 = 1
masked_image[labels == cluster1] = [0, 0, 0]
# 转换回原始形状
masked_image = masked_image.reshape(image.shape)
plt.imshow(masked_image)
plt.show()

在这里插入图片描述

原来K-Means 聚类2 号集群 是树。

请注意,还有其他分割技术,例如霍夫变换、轮廓检测和当前最先进的语义分割。


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