Gabor 濾波簡介與代碼簡單實現

Gabor是一個用於邊緣提取的線性濾波器，其頻率和方向表達與人類視覺系統類似，能夠提供良好的方向選擇和尺度選擇特性，而且對於光照變化不敏感，因此十分適合紋理分析。在人臉識別等領域有着很廣泛的應用

一、Gabor濾波簡介

Gabor是一個用於邊緣提取的線性濾波器，其頻率和方向表達與人類視覺系統類似，能夠提供良好的方向選擇和尺度選擇特性，而且對於光照變化不敏感，因此十分適合紋理分析。
Gabor濾波器和脊椎動物視覺皮層感受野響應的比較：第一行代表脊椎動物的視覺皮層感受野，第二行是Gabor濾波器，第三行是兩者的殘差。可見兩者相差極小。Gabor濾波器的這一性質，使得其在視覺領域中經常被用來作圖像的預處理。

另附Gabor濾波的效果圖

 

二、代碼演示

import cv2,os
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt


def get_img(input_Path):
    img_paths = []
    for (path, dirs, files) in os.walk(input_Path):
        for filename in files:
            if filename.endswith(('.jpg','.png')):
                img_paths.append(path+'/'+filename)
    return img_paths


#構建Gabor濾波器
def build_filters():
     filters = []
     ksize = [7,9,11,13,15,17] # gabor尺度，6個
     lamda = np.pi/2.0         # 波長
     for theta in np.arange(0, np.pi, np.pi / 4): #gabor方向，0°，45°，90°，135°，共四個
         for K in range(6):
             kern = cv2.getGaborKernel((ksize[K], ksize[K]), 1.0, theta, lamda, 0.5, 0, ktype=cv2.CV_32F)
             kern /= 1.5*kern.sum()
             filters.append(kern)
     plt.figure(1)

     #用於繪製濾波器
     for temp in range(len(filters)):
         plt.subplot(4, 6, temp + 1)
         plt.imshow(filters[temp])
     plt.show()
     return filters

#Gabor特徵提取
def getGabor(img,filters):
    res = [] #濾波結果
    for i in range(len(filters)):
        # res1 = process(img, filters[i])
        accum = np.zeros_like(img)
        for kern in filters[i]:
            fimg = cv2.filter2D(img, cv2.CV_8UC1, kern)
            accum = np.maximum(accum, fimg, accum)
        res.append(np.asarray(accum))

    #用於繪製濾波效果
    plt.figure(2)
    for temp in range(len(res)):
        plt.subplot(4,6,temp+1)
        plt.imshow(res[temp], cmap='gray' )
    plt.show()
    return res  #返回濾波結果,結果爲24幅圖，按照gabor角度排列


if __name__ == '__main__':
    input_Path = './content'
    filters = build_filters()
    img_paths = get_img(input_Path)
    for img in img_paths:
        img = cv2.imread(img)
        getGabor(img, filters)

這個過程有點慢，一張圖片要1-3s，若是批量處理可以開啓多線程，這樣會快點

此代碼用來查看濾波器

#coding:utf-8

'''
Gabor濾波器參數可視化
參考：https://blog.csdn.net/lhanchao/article/details/55006663
'''

import cv2
import numpy as np
import math

# λ（波長）變化
kernel1 = cv2.getGaborKernel((200,200),10,0,5,0.5,0)
kernel2 = cv2.getGaborKernel((200,200),10,0,10,0.5,0)
kernel3 = cv2.getGaborKernel((200,200),10,0,15,0.5,0)
kernel4 = cv2.getGaborKernel((200,200),10,0,20,0.5,0)

cv2.imshow("lambda: 5", kernel1)
cv2.imshow("lambda: 10", kernel2)
cv2.imshow("lambda: 15", kernel3)
cv2.imshow("lambda: 20", kernel4)

# θ變化
kernel1 = cv2.getGaborKernel((311, 311), 10, 0, 10, 0.5, 0)
kernel2 = cv2.getGaborKernel((311, 311), 10, math.pi * 0.25, 10, 0.5)
kernel3 = cv2.getGaborKernel((311, 311), 10, math.pi * 0.5, 10, 0.5, 0)
kernel4 = cv2.getGaborKernel((311, 311), 10, math.pi * 0.75, 10, 0.5, 0)

cv2.imshow("theta: 0", kernel1)
cv2.imshow("theta: 45", kernel2)
cv2.imshow("theta: 90", kernel3)
cv2.imshow("theta: 135", kernel4)

# ψ的變化

# σ的變化：
kernel1 = cv2.getGaborKernel((311, 311), 5, 0, 10, 0.5, 0)
kernel2 = cv2.getGaborKernel((311, 311), 10, 0, 10, 0.5, 0)
kernel3 = cv2.getGaborKernel((311, 311), 15, 0, 10, 0.5, 0)
kernel4 = cv2.getGaborKernel((311, 311), 20, 0, 10, 0.5, 0)

cv2.imshow("sigma: 5", kernel1)
cv2.imshow("sigma: 10", kernel2)
cv2.imshow("sigma: 15", kernel3)
cv2.imshow("sigma: 20", kernel4)

# γ的變化

kernel1 = cv2.getGaborKernel((200, 200), 10, 0, 10, 0.5, 0)
kernel2 = cv2.getGaborKernel((200, 200), 10, 0, 10, 1.0, 0)
kernel3 = cv2.getGaborKernel((200, 200), 10, 0, 10, 1.5, 0)
kernel4 = cv2.getGaborKernel((200, 200), 10, 0, 10, 2.0, 0)
cv2.imshow("gamma: 0.5", kernel1)
cv2.imshow("gamma: 1.0", kernel2)
cv2.imshow("gamma: 1.5", kernel3)
cv2.imshow("gamma: 2.0", kernel4)

cv2.waitKey()
cv2.destroyAllWindows()