OpenCV – Canny 法で画像からエッジを検出する方法

概要

OpenCV で Canny 法でエッジを抽出する方法について解説します。

Canny エッジ検出

Canny エッジ検出は、以下の複数の処理を順番に行い、画像からエッジを検出する手法です。

水平方向および垂直方向のソーベルフィルタを適用し、輝度勾配および勾配強度を計算する
Non Maximum Suppression で細いエッジを抑制する
2 つの閾値を使用してヒステリシス処理を行い、誤検出を抑制する

cv2.Canny

edges = cv2.Canny(image, threshold1, threshold2[, edges[, apertureSize[, L2gradient]]])

引数

名前	型	デフォルト値
image	ndarray
image	入力画像 (1チャンネル)
threshold1	float
threshold1	ヒステリシス処理の際の1つ目の閾値
threshold2	float
threshold2	ヒステリシス処理の際の2つ目の閾値
apertureSize	int, {3, 5, 7}	3
apertureSize	ソーベルフィルタのフィルターサイズ。
L2gradient	bool	false
L2gradient	true の場合は勾配強度のノルムに L2 ノルムを使用する。false の場合は L1 ノルムを使用する。

返り値

名前	説明
edges	出力画像

サンプルコード

In [1]:

import cv2
from IPython.display import Image, display


def imshow(img):
    """ndarray 配列をインラインで Notebook 上に表示する。"""
    ret, encoded = cv2.imencode(".jpg", img)
    display(Image(encoded))

In [2]:

import cv2
import numpy as np


# 画像を読み込む。
img = cv2.imread("sample.jpg")

# Canny エッジ検出を行う。
edges = cv2.Canny(img, 100, 400)
imshow(edges)

パラメータ調整について

エッジ検出の結果が芳しくない場合は、以下の 4 つのパラメータを調整します。試した感じでは、apertureSize=3、L2gradient=True とするのが基本的には良さそうです。 threshold1、threshold2 の適した値は画像によって異なるため、調整が必要です。

threshold1: ヒステリシス処理の際の 1 つ目の閾値
threshold2: ヒステリシス処理の際の 2 つ目の閾値
apertureSize: ソーベルフィルタのフィルターサイズ
L2gradient: true の場合は勾配強度のノルムに L2 ノルムを使用する。false の場合は L1 ノルムを使用する。

ipywidgets によるパラメータ調整

ipywidgets を利用してインタラクティブにパラメータを調整するためのコードを記載します。

In [3]:

import cv2
from IPython.display import Image, display
from ipywidgets import widgets


def imshow(img):
    """画像を Notebook 上に表示する。"""
    ret, encoded = cv2.imencode(".png", img)
    display(Image(encoded))


def canny(img, thresh, apertureSize, L2gradient):
    """2値化処理を行い、結果を表示する。"""
    edges = cv2.Canny(
        img, thresh[0], thresh[1], apertureSize=apertureSize, L2gradient=L2gradient
    )
    imshow(edges)


# パラメータ「threshold1」「threshold2」を設定するスライダー
thresh_slider = widgets.SelectionRangeSlider(
    options=np.arange(1000), index=(100, 200), description=f"threshold"
)
thresh_slider.layout.width = "400px"

# パラメータ「apertureSize」を設定するスライダー
aperture_size_slider = slider = widgets.IntSlider(
    min=3, max=7, step=2, value=3, description="apertureSize: "
)
aperture_size_slider.layout.width = "400px"

# パラメータ「L2gradient」を設定するチェックボックス
l2_gradient_checkbox = widgets.Checkbox(value=False, description="L2gradient: ")
l2_gradient_checkbox.layout.width = "400px"

# 画像を読み込む。
img = cv2.imread("sample.jpg")

# ウィジェットを表示する。
widgets.interactive(
    canny,
    img=widgets.fixed(img),
    thresh=thresh_slider,
    apertureSize=aperture_size_slider,
    L2gradient=l2_gradient_checkbox,
)