Подтвердить что ты не робот

Информации изображения вдоль полярной системы координат

У меня есть набор png-изображений, которые я бы хотел обработать с помощью Python и связанных с ним инструментов. Каждое изображение представляет собой физический объект с известными размерами.

В каждом изображении есть определенная особенность объекта в определенном пикселе/​​физическом местоположении. Местоположение для каждого изображения отличается.

Я хотел бы наложить полярную систему координат на заданное изображение с началом координат в месте расположения этой функции.

Тогда я хотел бы получить следующую информацию: - интенсивность изображения в зависимости от радиального положения для заданного полярного угла - интенсивность изображения в зависимости от радиального положения, когда значения усредняются по всем полярным углам.

Я имею опыт программирования Python и использования многих функций в NumPy и SciPy, но я полный новичок, когда дело доходит до анализа изображений.

Я был бы признателен за любые советы, которые вы можете дать мне о возможных подходах к решению этой проблемы.

Спасибо.

4b9b3361

Ответ 1

То, что вы описываете, - это не совсем обработка изображений в традиционном смысле, но это довольно легко сделать с numpy и т.д.

Вот довольно большой пример, сделанный некоторыми из вещей, которые вы упомянули, чтобы вы указали в правильном направлении... Обратите внимание, что в примерах изображений отображаются результаты для начала координат в центре изображения, но функции берут начало аргумент, поэтому вы должны иметь возможность напрямую адаптироваться к своим целям.

import numpy as np
import scipy as sp
import scipy.ndimage

import Image

import matplotlib.pyplot as plt

def main():
    im = Image.open('mri_demo.png')
    im = im.convert('RGB')
    data = np.array(im)

    plot_polar_image(data, origin=None)
    plot_directional_intensity(data, origin=None)

    plt.show()

def plot_directional_intensity(data, origin=None):
    """Makes a cicular histogram showing average intensity binned by direction
    from "origin" for each band in "data" (a 3D numpy array). "origin" defaults
    to the center of the image."""
    def intensity_rose(theta, band, color):
        theta, band = theta.flatten(), band.flatten()
        intensities, theta_bins = bin_by(band, theta)
        mean_intensity = map(np.mean, intensities)
        width = np.diff(theta_bins)[0]
        plt.bar(theta_bins, mean_intensity, width=width, color=color)
        plt.xlabel(color + ' Band')
        plt.yticks([])

    # Make cartesian coordinates for the pixel indicies
    # (The origin defaults to the center of the image)
    x, y = index_coords(data, origin)

    # Convert the pixel indices into polar coords.
    r, theta = cart2polar(x, y)

    # Unpack bands of the image
    red, green, blue = data.T

    # Plot...
    plt.figure()

    plt.subplot(2,2,1, projection='polar')
    intensity_rose(theta, red, 'Red')

    plt.subplot(2,2,2, projection='polar')
    intensity_rose(theta, green, 'Green')

    plt.subplot(2,1,2, projection='polar')
    intensity_rose(theta, blue, 'Blue')

    plt.suptitle('Average intensity as a function of direction')

def plot_polar_image(data, origin=None):
    """Plots an image reprojected into polar coordinages with the origin
    at "origin" (a tuple of (x0, y0), defaults to the center of the image)"""
    polar_grid, r, theta = reproject_image_into_polar(data, origin)
    plt.figure()
    plt.imshow(polar_grid, extent=(theta.min(), theta.max(), r.max(), r.min()))
    plt.axis('auto')
    plt.ylim(plt.ylim()[::-1])
    plt.xlabel('Theta Coordinate (radians)')
    plt.ylabel('R Coordinate (pixels)')
    plt.title('Image in Polar Coordinates')

def index_coords(data, origin=None):
    """Creates x & y coords for the indicies in a numpy array "data".
    "origin" defaults to the center of the image. Specify origin=(0,0)
    to set the origin to the lower left corner of the image."""
    ny, nx = data.shape[:2]
    if origin is None:
        origin_x, origin_y = nx // 2, ny // 2
    else:
        origin_x, origin_y = origin
    x, y = np.meshgrid(np.arange(nx), np.arange(ny))
    x -= origin_x
    y -= origin_y
    return x, y

def cart2polar(x, y):
    r = np.sqrt(x**2 + y**2)
    theta = np.arctan2(y, x)
    return r, theta

def polar2cart(r, theta):
    x = r * np.cos(theta)
    y = r * np.sin(theta)
    return x, y


def bin_by(x, y, nbins=30):
    """Bin x by y, given paired observations of x & y.
    Returns the binned "x" values and the left edges of the bins."""
    bins = np.linspace(y.min(), y.max(), nbins+1)
    # To avoid extra bin for the max value
    bins[-1] += 1 

    indicies = np.digitize(y, bins)

    output = []
    for i in xrange(1, len(bins)):
        output.append(x[indicies==i])

    # Just return the left edges of the bins
    bins = bins[:-1]

    return output, bins

def reproject_image_into_polar(data, origin=None):
    """Reprojects a 3D numpy array ("data") into a polar coordinate system.
    "origin" is a tuple of (x0, y0) and defaults to the center of the image."""
    ny, nx = data.shape[:2]
    if origin is None:
        origin = (nx//2, ny//2)

    # Determine that the min and max r and theta coords will be...
    x, y = index_coords(data, origin=origin)
    r, theta = cart2polar(x, y)

    # Make a regular (in polar space) grid based on the min and max r & theta
    r_i = np.linspace(r.min(), r.max(), nx)
    theta_i = np.linspace(theta.min(), theta.max(), ny)
    theta_grid, r_grid = np.meshgrid(theta_i, r_i)

    # Project the r and theta grid back into pixel coordinates
    xi, yi = polar2cart(r_grid, theta_grid)
    xi += origin[0] # We need to shift the origin back to 
    yi += origin[1] # back to the lower-left corner...
    xi, yi = xi.flatten(), yi.flatten()
    coords = np.vstack((xi, yi)) # (map_coordinates requires a 2xn array)

    # Reproject each band individually and the restack
    # (uses less memory than reprojection the 3-dimensional array in one step)
    bands = []
    for band in data.T:
        zi = sp.ndimage.map_coordinates(band, coords, order=1)
        bands.append(zi.reshape((nx, ny)))
    output = np.dstack(bands)
    return output, r_i, theta_i

if __name__ == '__main__':
    main()

Исходное изображение:

MRI Demo

Проецируется в полярные координаты:

Image in Polar Coordinates

Интенсивность как функция направления от центра изображения: Circular histograms of image intensity

Ответ 2

Здесь мой прием использует scipy geometric_transform метод:

topolar.py

import numpy as np
from scipy.ndimage.interpolation import geometric_transform

def topolar(img, order=1):
    """
    Transform img to its polar coordinate representation.

    order: int, default 1
        Specify the spline interpolation order. 
        High orders may be slow for large images.
    """
    # max_radius is the length of the diagonal 
    # from a corner to the mid-point of img.
    max_radius = 0.5*np.linalg.norm( img.shape )

    def transform(coords):
        # Put coord[1] in the interval, [-pi, pi]
        theta = 2*np.pi*coords[1] / (img.shape[1] - 1.)

        # Then map it to the interval [0, max_radius].
        #radius = float(img.shape[0]-coords[0]) / img.shape[0] * max_radius
        radius = max_radius * coords[0] / img.shape[0]

        i = 0.5*img.shape[0] - radius*np.sin(theta)
        j = radius*np.cos(theta) + 0.5*img.shape[1]
        return i,j

    polar = geometric_transform(img, transform, order=order)

    rads = max_radius * np.linspace(0,1,img.shape[0])
    angs = np.linspace(0, 2*np.pi, img.shape[1])

    return polar, (rads, angs)

И вот некоторые примеры использования теста:

testpolar.py

from topolar import topolar
from skimage.data import chelsea

import matplotlib.pyplot as plt

img = chelsea()[...,0] / 255.
pol, (rads,angs) = topolar(img)

fig,ax = plt.subplots(2,1,figsize=(6,8))

ax[0].imshow(img, cmap=plt.cm.gray, interpolation='bicubic')

ax[1].imshow(pol, cmap=plt.cm.gray, interpolation='bicubic')

ax[1].set_ylabel("Radius in pixels")
ax[1].set_yticks(range(0, img.shape[0]+1, 50))
ax[1].set_yticklabels(rads[::50].round().astype(int))

ax[1].set_xlabel("Angle in degrees")
ax[1].set_xticks(range(0, img.shape[1]+1, 50))
ax[1].set_xticklabels((angs[::50]*180/3.14159).round().astype(int))

plt.show()

... и вывод:

chelsea in the polar coords