Sobel边缘检测器的工作原理及其实现方法
最编程
2024-02-08 20:04:44
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简介
sobel算子是图像边缘检测的最重要的算子之一，在机器学习，数字媒体、计算机视觉等领域起着重要作用。本文主要介绍sobel算子的计算过程。python实现过程和python中相关函数的介绍。方便读者实际中使用。
原理
边缘是指在图像上像素灰度变化最显著的地方，边缘检测算子则利用图像边缘灰度的突变来检测边缘。Sobel算子包含两组3X3的滤波器，分别对水平和垂直方向上的边缘敏感。
让两个方向模板分别沿着X轴、Y轴与图像做卷积，方向是从上到下和从左到右。将模板的中心和图像上的某个像素重合，并将该像素周围的点与模板上的系数相乘，如（3）和（4）所示，其中G(x)和G(y)分别表示横向及纵向边缘检测的图像梯度值。
G(X) = （X3 + 2X6 + X9）-(X1 + 2X4 + X7)
G(Y) = (X1 +2X2 +X3) - (X7 + 2X8 + X9)
图像上每个像素点的横向及纵向梯度值通过如下公式结合，来计算该点梯度值G的大小：
G = √Gx2+Gy2
为了减少运算时间，提高运算效率，可以使用绝对值求和近似的方法代替开平方：
G = ¦Gx¦ + ¦Gy ¦
最后选取合适的阈值，将像素点的灰度值与阈值进行比较，若大于阈值，则改点为图像的边缘点。由于Sobel算子对于像素的位置影响做了加权，可以降低边缘模糊程度，与Prewitt算子，Roberts相比效果更好。
python实现
sobel算子在python中的实现有两种途径：opencv和skimage。全部代码如下：
from skimage import data,filters,img_as_ubyte import matplotlib.pyplot as plt import cv2 # 图像读取 img = data.camera() plt.imshow(img,plt.cm.gray) '''**********skimage*************''' # sobel边缘检测 edges = filters.sobel(img) # 浮点型转成uint8型 edges = img_as_ubyte(edges) # 显示图像 plt.figure() plt.imshow(edges,plt.cm.gray) # sobel 水平方向边缘检测 edgesh = filters.sobel_h(img) edgesh = img_as_ubyte(edgesh) plt.figure() plt.imshow(edgesh,plt.cm.gray) # sobel 竖直方向边缘检测 edgesv = filters.sobel_v(img) edgesv = img_as_ubyte(edgesv) plt.figure() plt.imshow(edgesv,plt.cm.gray) '''**********opencv*************''' # sobel边缘检测 edges = cv2.Sobel(img,cv2.CV_16S,1,1) # 浮点型转成uint8型 edges = cv2.convertScaleAbs(edges) plt.figure() plt.imshow(edges,plt.cm.gray) # sobel 水平方向边缘检测 edges = cv2.Sobel(img,cv2.CV_16S,1,0) edgesh = cv2.convertScaleAbs(edgesh) plt.figure() plt.imshow(edgesh,plt.cm.gray) # sobel 竖直方向边缘检测 edges = cv2.Sobel(img,cv2.CV_16S,0,1) edgesv = cv2.convertScaleAbs(edgesv) plt.figure() plt.imshow(edgesv,plt.cm.gray)
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原文链接：https://blog.****.net/weixin_41500849/article/details/80611263
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windows下进程间通信的（13种方法）-摘 要 本文讨论了进程间通信与应用程序间通信的含义及相应的实现技术，并对这些技术的原理、特性等进行了深入的分析和比较。 ---- 关键词 信号 管道 消息队列 共享存储段 信号灯 远程过程调用 Socket套接字 MQSeries 1 引言 ---- 进程间通信的主要目的是实现同一计算机系统内部的相互协作的进程之间的数据共享与信息交换，由于这些进程处于同一软件和硬件环境下，利用操作系统提供的的编程接口，用户可以方便地在程序中实现这种通信；应用程序间通信的主要目的是实现不同计算机系统中的相互协作的应用程序之间的数据共享与信息交换，由于应用程序分别运行在不同计算机系统中，它们之间要通过网络之间的协议才能实现数据共享与信息交换。进程间通信和应用程序间通信及相应的实现技术有许多相同之处，也各有自己的特色。即使是同一类型的通信也有多种的实现方法，以适应不同情况的需要。 ---- 为了充分认识和掌握这两种通信及相应的实现技术，本文将就以下几个方面对这两种通信进行深入的讨论：问题的由来、解决问题的策略和方法、每种方法的工作原理和实现、每种实现方法的特点和适用的范围等。 2 进程间的通信及其实现技术 ---- 用户提交给计算机的任务最终都是通过一个个的进程来完成的。在一组并发进程中的任何两个进程之间，如果都不存在公共变量，则称该组进程为不相交的。在不相交的进程组中，每个进程都独立于其它进程，它的运行环境与顺序程序一样，而且它的运行环境也不为别的进程所改变。运行的结果是确定的，不会发生与时间相关的错误。 ---- 但是，在实际中，并发进程的各个进程之间并不是完全互相独立的，它们之间往往存在着相互制约的关系。进程之间的相互制约关系表现为两种方式： ---- （1） 间接相互制约：共享CPU ---- （2） 直接相互制约：竞争和协作 ---- 竞争——进程对共享资源的竞争。为保证进程互斥地访问共享资源，各进程必须互斥地进入各自的临界段。 ---- 协作——进程之间交换数据。为完成一个共同任务而同时运行的一组进程称为同组进程，它们之间必须交换数据，以达到协作完成任务的目的，交换数据可以通知对方可以做某事或者委托对方做某事。 ---- 共享CPU问题由操作系统的进程调度来实现，进程间的竞争和协作由进程间的通信来完成。进程间的通信一般由操作系统提供编程接口，由程序员在程序中实现。UNIX在这个方面可以说最具特色，它提供了一整套进程间的数据共享与信息交换的处理方法——进程通信机制（IPC）。因此，我们就以UNIX为例来分析进程间通信的各种实现技术。 ---- 在UNIX中，文件（File）、信号（Signal）、无名管道（Unnamed Pipes）、有名管道（FIFOs）是传统IPC功能；新的IPC功能包括消息队列（Message queues）、共享存储段（Shared memory segment）和信号灯（Semapores）。 ---- （1） 信号 ---- 信号机制是UNIX为进程中断处理而设置的。它只是一组预定义的值，因此不能用于信息交换，仅用于进程中断控制。例如在发生浮点错、非法内存访问、执行无效指令、某些按键（如ctrl-c、del等）等都会产生一个信号，操作系统就会调用有关的系统调用或用户定义的处理过程来处理。 ---- 信号处理的系统调用是signal，调用形式是： ---- signal(signalno,action) ---- 其中，signalno是规定信号编号的值，action指明当特定的信号发生时所执行的动作。 ---- （2） 无名管道和有名管道 ---- 无名管道实际上是内存中的一个临时存储区，它由系统安全控制，并且独立于创建它的进程的内存区。管道对数据采用先进先出方式管理，并严格按顺序操作，例如不能对管道进行搜索，管道中的信息只能读一次。 ---- 无名管道只能用于两个相互协作的进程之间的通信，并且访问无名管道的进程必须有共同的祖先。 ---- 系统提供了许多标准管道库函数，如： pipe——打开一个可以读写的管道； close——关闭相应的管道； read——从管道中读取字符； write——向管道中写入字符； ---- 有名管道的操作和无名管道类似，不同的地方在于使用有名管道的进程不需要具有共同的祖先，其它进程，只要知道该管道的名字，就可以访问它。管道非常适合进程之间快速交换信息。 ---- （3） 消息队列（MQ） ---- 消息队列是内存中独立于生成它的进程的一段存储区，一旦创建消息队列，任何进程，只要具有正确的的访问权限，都可以访问消息队列，消息队列非常适合于在进程间交换短信息。 ---- 消息队列的每条消息由类型编号来分类，这样接收进程可以选择读取特定的消息类型——这一点与管道不同。消息队列在创建后将一直存在，直到使用msgctl系统调用或iqcrm -q命令删除它为止。 ---- 系统提供了许多有关创建、使用和管理消息队列的系统调用，如： ---- int msgget(key,flag)——创建一个具有flag权限的MQ及其相应的结构，并返回一个唯一的正整数msqid（MQ的标识符）； ---- int msgsnd(msqid,msgp,msgsz,msgtyp,flag)——向队列中发送信息； ---- int msgrcv(msqid,cmd,buf)——从队列中接收信息； ---- int msgctl(msqid,cmd,buf)——对MQ的控制操作； ---- （4） 共享存储段（SM） ---- 共享存储段是主存的一部分，它由一个或多个独立的进程共享。各进程的数据段与共享存储段相关联，对每个进程来说，共享存储段有不同的虚拟地址。系统提供的有关SM的系统调用有： ---- int shmget(key,size,flag)——创建大小为size的SM段，其相应的数据结构名为key，并返回共享内存区的标识符shmid； ---- char shmat(shmid,address,flag)——将当前进程数据段的地址赋给shmget所返回的名为shmid的SM段； ---- int shmdr(address)——从进程地址空间删除SM段； ---- int shmctl (shmid,cmd,buf)——对SM的控制操作； ---- SM的大小只受主存限制，SM段的访问及进程间的信息交换可以通过同步读写来完成。同步通常由信号灯来实现。SM非常适合进程之间大量数据的共享。 ---- （5） 信号灯 ---- 在UNIX中，信号灯是一组进程共享的数据结构，当几个进程竞争同一资源时（文件、共享内存或消息队列等），它们的操作便由信号灯来同步，以防止互相干扰。 ---- 信号灯保证了某一时刻只有一个进程访问某一临界资源，所有请求该资源的其它进程都将被挂起，一旦该资源得到释放，系统才允许其它进程访问该资源。信号灯通常配对使用，以便实现资源的加锁和解锁。 ---- 进程间通信的实现技术的特点是：操作系统提供实现机制和编程接口，由用户在程序中实现，保证进程间可以进行快速的信息交换和大量数据的共享。但是，上述方式主要适合在同一台计算机系统内部的进程之间的通信。 3 应用程序间的通信及其实现技术 ---- 同进程之间的相互制约一样，不同的应用程序之间也存在竞争和协作的关系。UNIX操作系统也提供一些可用于应用程序之间实现数据共享与信息交换的编程接口，程序员可以通过自己编程来实现。如远程过程调用和基于TCP/IP协议的套接字（Socket）编程。但是，相对普通程序员来说，它们涉及的技术比较深，编程也比较复杂，实现起来困难较大。 ---- 于是，一种新的技术应运而生——通过将有关通信的细节完全掩盖在某个独立软件内部，即底层的通讯工作和相应的维护管理工作由该软件内部来实现，用户只需要将通信任务提交给该软件去完成，而不必理会它的具体工作过程——这就是所谓的中间件技术。 ---- 我们在这里分别讨论这三种常用的应用程序间通信的实现技术——远程过程调用、会话编程技术和MQSeries消息队列技术。其中远程过程调用和会话编程属于比较低级的方式，程序员参与的程度较深，而MQSeries消息队列则属于比较高级的方式，即中间件方式，程序员参与的程度较浅。 ---- 4．1 远程过程调用（RPC）
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玩转Java底层：JMX详解 - jconsole与自定义MBean监控工具的实际应用与区别" 在日常JVM调优中，我们熟知的jconsole工具通过JMX包装的bean以图形化形式展示管理数据，而像jstat和jmap这类内建监控工具则由JVM直接支持。本文将以jconsole为例，深入讲解其实质——基于JMX的MBean功能，包括可视化界面上的bean属性查看和操作调用。 MBeans在jconsole中的体现是那些可观察的组件属性和方法，如上图所示，通过名为"Verbose"的属性能看到其值为false，同时还能直接操作该bean的方法，例如"closeJerryMBean"。 尽管jconsole给我们提供了直观的可视化界面，但请注意，这里的MBean并非固定不变，开发者可根据JMX提供的接口将自己的自定义bean展示到jconsole。以下步骤展示了如何创建并注册一个名为"StudyJavaMBean"的自定义MBean： 1. 首先定义接口`StudyJavaMBean`，接口需遵循MBean规范，即后缀为"MBean"且包含getter方法代表属性，如`getApplicationName`，和无返回值的setter方法代表操作，如`closeJerryMBean`。 ```java public interface StudyJavaMBean { String getApplicationName(); void closeJerryMBean(); } ``` 2. 编写接口的实现类`StudyJavaMBeanImpl`，实现接口中的方法： ```java public class StudyJavaMBeanImpl implements StudyJavaMBean { @Override public String getApplicationName() { return "每天学Java"; } @Override public void closeJerryMBean() { System.out.println("关闭Jerry应用"); } } ``` 3. 在代码中注册自定义MBean，涉及的关键步骤包括： - 获取平台MBeanServer - 定义ObjectName，指定唯一的MBean标识符 - 注册MBean到服务器 - 启动RMI连接器服务，以便jconsole能够访问 ```java public void registerMBean() throws Exception { // ... 具体实现省略 ... } ``` 实际运行注册后的MBean，您将在jconsole中发现并查看自定义bean的属性和调用相关方法。然而，这种方式相较于传统的属性/日志查看和HTTP接口，实用性相对有限，可能存在潜在的安全风险。但不可否认的是，JMX及其MBean机制对于获取操作系统信息、内存状态等关键性能指标仍然具有重要价值。例如： 1. **获取操作系统信息**：通过JMX MBean，可以直接获取到诸如CPU使用率、操作系统版本等系统级信息，这对于资源管理和优化工作具有显著帮助。
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