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[人工智能]HOG特征提取-python实现

import math
import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt


class Hog_feature_extraction():
    def __init__(self, img, cell_size=8, bin_size=8):
        self.img = img
        self.img = np.sqrt(img / float(np.max(img)))
        self.cell_size = cell_size
        self.bin_size = bin_size
        self.angle_unit = 360 // bin_size
        assert type(self.bin_size) == int, "bin_size should be integer,"
        assert type(self.cell_size) == int, "cell_size should be integer,"
        assert type(self.angle_unit) == int, "bin_size should be divisible by 360"

    # 1-计算cell梯度;3-可视化直方图;
    def cell_graditent_angle(self, img):
        gradient_value_x = cv2.Sobel(img, cv2.CV_64F, 1, 0, ksize=5)  # 1代表在x方向求导
        gradient_value_y = cv2.Sobel(img, cv2.CV_64F, 0, 1, ksize=5)
        gradient_magnitude = cv2.addWeighted(gradient_value_x, 0.5, gradient_value_y, 0.5, 0)  # 计算该点像素点的梯度大小和方向
        gradient_angle = cv2.phase(gradient_value_x, gradient_value_y, angleInDegrees=True)
        gradient_magnitude = abs(gradient_magnitude)
        cell_gradient_vector = np.zeros((height // self.cell_size, width // self.cell_size, self.bin_size))
        for i in range(cell_gradient_vector.shape[0]):  # 遍历cell的高
            for j in range(cell_gradient_vector.shape[1]):  # 遍历cell的宽
                cell_magnitude = gradient_magnitude[i * self.cell_size: (i + 1) * self.cell_size, j * self.cell_size: (j + 1) * self.cell_size]
                cell_angle = gradient_angle[i * self.cell_size: (i + 1) * self.cell_size, j * self.cell_size: (j + 1) * self.cell_size]
                cell_gradient_vector[i][j] = self.cell_gradient(cell_magnitude, cell_angle)  # 将cell的梯度和方向填充到先前的矩阵中
        # 可视化直方图
        cell_width = self.cell_size // 2
        hog_image = np.zeros([height, width])
        max_mag = np.array(cell_gradient_vector).max()
        for x in range(cell_gradient_vector.shape[0]):
            for y in range(cell_gradient_vector.shape[1]):
                cell_grad = cell_gradient_vector[x][y]
                cell_grad /= max_mag
                angle = 0
                angle_gap = self.angle_unit
                for magnitude in cell_grad:
                    angle_radian = math.radians(angle)
                    x1 = int(x * self.cell_size + magnitude * cell_width * math.cos(angle_radian))
                    y1 = int(y * self.cell_size + magnitude * cell_width * math.sin(angle_radian))
                    x2 = int(x * self.cell_size - magnitude * cell_width * math.cos(angle_radian))
                    y2 = int(y * self.cell_size - magnitude * cell_width * math.sin(angle_radian))
                    cv2.line(hog_image, (y1, x1), (y2, x2), int(255 * math.sqrt(magnitude)))
                    angle += angle_gap
        return magnitude, hog_image, cell_gradient_vector

    # 2-构建直方图;
    def cell_gradient(self, cell_magnitude, cell_angle):  # 将同一个cell的梯度值根据分的角度值用一权重分别赋给bin_size个维度
        orientation_centers = [0] * self.bin_size  # 建立需填充矩阵
        for k in range(cell_magnitude.shape[0]):  # 遍历每个cell的高
            for l in range(cell_magnitude.shape[1]):  # 遍历每个cell的宽
                gradient_strength = cell_magnitude[k][l]   # 获得该位置的梯度值
                gradient_angle = cell_angle[k][l]  # 获得该位置的角度值
                min_angle = int(gradient_angle // self.angle_unit) % self.bin_size  # 找到该角度处于bin_size角度范围的最小区间
                max_angle = (min_angle + 1) % self.bin_size  # 找到该角度处于bin_size角度范围的最大区间
                mod = gradient_angle % self.angle_unit
                orientation_centers[min_angle] += (gradient_strength * (1 - (mod // self.angle_unit)))
                orientation_centers[max_angle] += (gradient_strength * (mod // self.angle_unit))
                return orientation_centers

    # 4-统计block梯度信息,把cell单元组合成更大的块,块内归一化梯度直方图
    def caculate_black(self, magnitude, cell_gradient_vector):
        hog_vector = []
        for i in range(cell_gradient_vector.shape[0] - 1):
            for j in range(cell_gradient_vector.shape[1] - 1):
                block_vector = []
                block_vector.extend(cell_gradient_vector[i][j])
                block_vector.extend(cell_gradient_vector[i][j+1])
                block_vector.extend(cell_gradient_vector[i+1][j])
                block_vector.extend(cell_gradient_vector[i+1][j+1])
                mag = lambda vector: math.sqrt(sum(i ** 2 for i in vector))
                magnitue = mag(block_vector)
                if magnitude != 0:
                    normalize = lambda block_vector, magnitude:[element // magnitude for element in block_vector]
                    block_vector = normalize(block_vector, magnitude)
                hog_vector.append(block_vector)
        return hog_vector


filename = './positive_sample/19.jpg'
img = cv2.imread(filename, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)  # 灰度图像
cv2.namedWindow("img", cv2.WINDOW_NORMAL)  # 窗口大小可以自由调节
cv2.imshow("img", img)
height, width = img.shape
hog = Hog_feature_extraction(img, cell_size=8, bin_size=8)
magnitude, hog_image, cell_gradient_vector = hog.cell_graditent_angle(img)
plt.imshow(hog_image, cmap=plt.cm.gray)
plt.show()
# 统计block直方图
hog_vector = hog.caculate_black(magnitude, cell_gradient_vector)
print(np.array(hog_vector).shape)  # (4661,32),共有4661个block,每个black都有32维的特征

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加:2022-03-12 17:30:27  更:2022-03-12 17:33:05 
 
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