電腦視覺應用開發基礎

本書共 16 章，所有內容均為掌握電腦視覺應用開發技術所需的基礎圖像處理知識。第 1 章為電腦視覺開發的環境介紹；第 2～8 章為圖像處理基礎知識，包括圖像處理基礎、圖像運算、色彩空間轉換、圖像幾何變換、圖像濾波、圖像梯度和圖像的直方圖處理；第 9～16 章為電腦視覺應用開發的相關內容，其中融合了電腦視覺應用“1+X”職業技能等級證書相關知識點，主要包括繪制圖形、圖像金字塔、圖像特徵檢測算法、人臉檢測與人臉識別、目標檢測與識別、網絡圖像採集、圖像數據標註、視頻處理。本書可作為高職院校人工智能相關專業“電腦視覺應用開發”課程的教材，也可作為電腦培訓機構電腦視覺應用開發相關課程的培訓資料；對於廣大電腦視覺開發愛好者，本書是很好的入門級學慣用書。

第 1 章　開發環境 OpenCV 入門 …………………………………………………………… 1
1.1　安裝與配置 OpenCV ……………………………………………………………… 2
1.2 圖像讀 / 寫的基本操作 …………………………………………………………… 4
1.2.1 讀取圖像 …………………………………………………………………… 4
1.2.2 顯示圖像 …………………………………………………………………… 4
1.2.3 保存圖像 …………………………………………………………………… 7
1.2.4 查看圖像屬性 ……………………………………………………………… 8
1.3 OpenCV 貢獻庫 …………………………………………………………………… 8
思考與練習………………………………………………………………………………… 9
第 2 章? 圖像處理基礎 …………………………………………………………………… 10
2.1 圖像的獲取及基本表示方法 …………………………………………………… 10
2.2 圖像處理中的 NumPy 簡介 ……………………………………………………… 12
2.3 像素處理 ………………………………………………………………………… 15
2.4 使用 NumPy 訪問像素 …………………………………………………………… 22
思考與練習……………………………………………………………………………… 25
第 3 章? 圖像運算 ………………………………………………………………………… 26
3.1 圖像加減運算 …………………………………………………………………… 26
3.2 圖像混合 ………………………………………………………………………… 29
3.3 圖像按位邏輯運算 ……………………………………………………………… 30
3.3.1 按位與運算 ……………………………………………………………… 30
3.3.2 按位或運算 ……………………………………………………………… 31
3.3.3 按位非（取反）運算 …………………………………………………… 32
3.3.4 按位異或運算 …………………………………………………………… 33
3.4 掩模 ……………………………………………………………………………… 34
3.5 圖像加密、解密 ………………………………………………………………… 35
思考與練習……………………………………………………………………………… 37
第 4 章? 色彩空間轉換 …………………………………………………………………… 38
4.1 GRAY 色彩空間 ………………………………………………………………… 38
4.2 XYZ 色彩空間 …………………………………………………………………… 39
4.3 YCrCb 色彩空間 ………………………………………………………………… 39
4.4 HSV 色彩空間 …………………………………………………………………… 39
4.5 標記指定顏色 …………………………………………………………………… 42
思考與練習……………………………………………………………………………… 43
第 5 章? 圖像幾何變換 …………………………………………………………………… 44
5.1 縮放 ……………………………………………………………………………… 44
5.2 翻轉 ……………………………………………………………………………… 46
5.3 仿射變換 ………………………………………………………………………… 47
5.3.1 平移 ……………………………………………………………………… 47
5.3.2 旋轉 ……………………………………………………………………… 48
5.3.3 復雜的仿射變換 ………………………………………………………… 49
5.4 透視 ……………………………………………………………………………… 51
思考與練習……………………………………………………………………………… 52
第 6 章? 圖像濾波 ………………………………………………………………………… 53
6.1 均值濾波 ………………………………………………………………………… 53
6.2 高斯濾波 ………………………………………………………………………… 55
6.3 中值濾波 ………………………………………………………………………… 57
6.4 2D 捲積 …………………………………………………………………………… 59
思考與練習……………………………………………………………………………… 60
第 7 章? 圖像梯度 ………………………………………………………………………… 61
7.1 Sobel 算子及函數 ………………………………………………………………… 61
7.2 Scharr 算子及函數 ……………………………………………………………… 64
7.3 Laplacian 算子及函數 …………………………………………………………… 66
思考與練習……………………………………………………………………………… 68
第 8 章? 圖像的直方圖處理 ……………………………………………………………… 69
8.1 直方圖的含義 …………………………………………………………………… 69
8.2 繪制直方圖 ……………………………………………………………………… 70
8.2.1 使用 Matplotlib 和 NumPy 繪制直方圖 ………………………………… 70
8.2.2 使用 OpenCV 繪制直方圖 ……………………………………………… 72
8.2.3 彩色圖像直方圖 ………………………………………………………… 73
8.3 直方圖均衡化 …………………………………………………………………… 73
思考與練習……………………………………………………………………………… 76
第 9 章? 繪制圖形 ………………………………………………………………………… 77
9.1 繪制直線 ………………………………………………………………………… 77
9.2 繪制矩形 ………………………………………………………………………… 78
9.3 繪制圓形 ………………………………………………………………………… 79
9.4 繪制橢圓形 ……………………………………………………………………… 80
9.5 繪制多邊形 ……………………………………………………………………… 81
9.6 在圖像內添加（繪制）文字 …………………………………………………… 83
思考與練習……………………………………………………………………………… 84
第 10 章? 圖像金字塔 ……………………………………………………………………… 85
10.1 圖像金字塔簡介 ………………………………………………………………… 85
10.2 cv2.pyrDown() 函數及使用 …………………………………………………… 87
10.3 cv2.pyrUp() 函數及使用………………………………………………………… 88
10.4 拉普拉斯金字塔 ………………………………………………………………… 90
思考與練習……………………………………………………………………………… 93
第 11 章? 圖像特徵檢測算法 ……………………………………………………………… 94
11.1 Harris 角點檢測 ………………………………………………………………… 94
11.2 SIFT 特徵 ……………………………………………………………………… 96
11.3 SURF 特徵 ……………………………………………………………………… 99
11.4 FAST 角點檢測算法 …………………………………………………………… 103
11.5 BRIEF 描述符 …………………………………………………………………… 105
11.6 ORB 特徵匹配 ………………………………………………………………… 107
思考與練習……………………………………………………………………………… 109
第 12 章? 人臉檢測與人臉識別 …………………………………………………………… 110
12.1 人臉檢測 ………………………………………………………………………… 110
12.1.1 級聯分類器 ……………………………………………………………… 110
12.1.2 Haar 級聯的概念………………………………………………………… 111
12.1.3 獲取級聯數據 …………………………………………………………… 113
12.2 人臉識別 ………………………………………………………………………… 115
思考與練習……………………………………………………………………………… 119
第 13 章? 目標檢測與識別 ………………………………………………………………… 120
思考與練習……………………………………………………………………………… 125
第 14 章? 網絡圖像採集 …………………………………………………………………… 126
14.1 網絡爬蟲的工作流程 …………………………………………………………… 126
14.2 數據抓取的實現 ………………………………………………………………… 127
14.2.1 urllib 的使用 …………………………………………………………… 127
14.2.2 requests 的使用 ………………………………………………………… 131
14.2.3 BeautifulSoup 解析數據 ………………………………………………… 132
思考與練習……………………………………………………………………………… 134
第 15 章? 圖像數據標註 …………………………………………………………………… 135
15.1 LabelMe 的安裝和使用 ………………………………………………………… 137
15.2 分類標註 ………………………………………………………………………… 138
15.3 標框標註 ………………………………………………………………………… 140
15.4 區域標註 ………………………………………………………………………… 142
思考與練習……………………………………………………………………………… 145
第 16 章? 視頻處理 ………………………………………………………………………… 146
16.1 cv2.VideoCapture 類 …………………………………………………………… 146
16.1.1 類函數介紹 ……………………………………………………………… 146
16.1.2 捕獲攝像頭視頻 ………………………………………………………… 148
16.2 cv2.VideoWriter 類 ……………………………………………………………… 149
16.3 保存視頻 ………………………………………………………………………… 151
思考與練習……………………………………………………………………………… 152