[AI] Молодяков С.А. - Применение функций OpenCV в компьютерном зрении (60 примеров на Python) [2022, PDF, RUS]

Введение. Особенности обработки изображений с применением функций
OpenCV ................................................................................................................................... 9
Глава 1. Видеосистемы ...................................................................................................... 12
1.1. Архитектуры видеосистем ................................................................................................................................ 12
1.2. Простая видеосистема ....................................................................................................................................... 13
1.3. Видеосистема с распределенными камерами ................................................................................................. 14
1.4. Специализированная видеосистема ................................................................................................................. 20
Глава 2. Простые низкоуровневые алгоритмы обработки изображений ............... 23
2.1. Классификация алгоритмов .................................................................................................................................... 23
2.2. Простые операции над изображением ................................................................................................................... 25
2.3. Пространственные методы ...................................................................................................................................... 27
2.4. Среднегеометрический фильтр ............................................................................................................................... 30
2.5. Пространственный фильтр повышения резкости. Фильтр Лапласа .................................................................... 32
2.6. Частотные методы. Фильтр Баттерворта ............................................................................................................... 34
2.7. Частотные методы. Фильтр Винера ........................................................................................................................ 38
2.8. Сглаживание и повышение резкости ...................................................................................................................... 43
2.9. Подмена пикселей .................................................................................................................................................... 46
2.10. Изменение палитры цветов, псевдо раскраска .................................................................................................... 49
2.11. Определение HSV-кода пикселя в цветовом цилиндре ...................................................................................... 54
2.12. Определение преобладающих цветов на изображении с использованием кластеризации методом k-
средних ............................................................................................................................................................................. 57
2.13. Определение преобладающих цветов на изображении с использованием HSV палитры ............................... 59
2.14. Добавление водяного знака на видео ................................................................................................................... 62
2.15. Алгоритм Retinex ................................................................................................................................................... 64
2.16. Применение преобразования Хаара для подавления шумов на изображении ................................................. 69
2.17. Пороговая обработка ............................................................................................................................................. 73
2.18. Задача сопоставления изображений. Детекторы углов Харриса, LOG, DOG................................................... 77
2.19. Сравнение изображений и генерация картинки отличий ................................................................................... 82
2.20. Фильтры в OpenCV ................................................................................................................................................ 85
Глава 3. Сегментация изображений ............................................................................... 90
3.1. Обзор методов сегментации изображений............................................................................................................. 90
3.2. Сегментация на основе цвета .................................................................................................................................. 92
3.3. Метод морфологического водораздела .................................................................................................................. 97
3.4. Отделение объектов от фона. Алгоритмы Distance Transform и Watershed ...................................................... 104
3.5. Сегментация с использованием функции Canny ................................................................................................. 111
3.6. Алгоритмы сегментации, включая QuickShift ..................................................................................................... 114
3.7. Алгоритм сегментации MeanShift ......................................................................................................................... 121
3.8. Сегментация с помощью нахождения краев и контуров .................................................................................... 122
3.9. Суперпиксельная сегментация .............................................................................................................................. 126
3.10. Применение нейронной сети Mask RCNN для сегментирования .................................................................... 132
Глава 4. Алгоритмы высококоуровневой обработки изображений ......................140
4.1. Стабилизация видео ............................................................................................................................................... 140
4.2. Стабилизация видео с помощью FFmpeg ............................................................................................................. 142
4.3. Отслеживание объекта. Трекер ............................................................................................................................. 145
4.4. Отслеживание объекта, применение метода среднего сдвига ........................................................................... 149
4.5. Определение жеста................................................................................................................................................. 152
4.6. Анализ частичного и полного оптического потока между кадрами изображения .......................................... 156
4.7 Обобщенное преобразование Хафа и его применение для поиска объектов .................................................... 159
4.8. Распознавание лиц с использованием каскадов Хаара ....................................................................................... 163
4.9. Определение улыбки .............................................................................................................................................. 167
4.10. Распознавание и анимация глаз .......................................................................................................................... 169
4.11. Детектирование оставленных предметов с использованием imutils и dnn ..................................................... 175
4.12. Классификация изображений с использованием Inception V3 ......................................................................... 179
4.13. Пирамиды изображений ...................................................................................................................................... 183
4.14. Поиск прямых и окружностей на изображении с помощью схемы голосования. Преобразование Хафа ... 186
4.15. Создание панорамных снимков .......................................................................................................................... 196
4.16. Скелетонизация .................................................................................................................................................... 204
4.17. Детекторы областей IBR, MSER ......................................................................................................................... 206
4.18. Обратное преобразование перспективы ............................................................................................................. 212
4.19 Проекции и преобразование Радона .................................................................................................................... 215
4.20 Поиск совпадений между изображениями с помощью алгоритма полного перебора SIFT дескрипторов .. 217
Глава 5. Примеры использования алгоритмов обработки видео ..........................221
5.1. Игра. Отслеживание объекта. Метод Гауссовой смеси ...................................................................................... 221
5.2. Рисование путем перемещения объекта перед видеокамерой ........................................................................... 227
5.3. Сканер документов ................................................................................................................................................ 233
5.4 Создание и чтение QR-кодов ................................................................................................................................. 239
5.5. Использование пирамиды изображений для уменьшения разрешения видео .................................................. 244
5.6. Наложение моделей на изображение с веб-камеры с использованием технологий OpenCV и нейронных
сетей (фреймворк dnn.py) ............................................................................................................................................. 248
5.7. Детектирование медицинской маски на лице ...................................................................................................... 251
5.8. Детектирование дорожных знаков на основе пороговой бинаризации ............................................................. 256
5.9. Определение дорожного знака .............................................................................................................................. 265
5.10. Распознавание автомобильных номеров ............................................................................................................ 270
5.11. Замена фона в потоковом видео ......................................................................................................................... 273
5.12. Управление курсором мыши через жесты руки ................................................................................................ 276
5.13. Игра аэрохоккей ................................................................................................................................................... 281
Заключение ........................................................................................................................287
Список литературы..........................................................................................................288
Высшая школа программной инженерии (ВШПИ) СПбПУ ...................................292