Sfumatura immagine Campo vettoriale in Python

Question

Sto cercando di ottenere Gradient Vector Field di un'immagine usando Python (simile a this matlab question).

Questa è l'immagine originale:

Ecco il mio codice:

import numpy as np 
import matplotlib.pyplot as plt 
import Image 
from PIL import ImageFilter 

I = Image.open('test.png').transpose(Image.FLIP_TOP_BOTTOM) 
I = I.filter(ImageFilter.BLUR) 
p = np.asarray(I) 
w,h = I.size 
y, x = np.mgrid[0:h:500j, 0:w:500j] 

dy, dx = np.gradient(p) 
skip = (slice(None, None, 3), slice(None, None, 3)) 

fig, ax = plt.subplots() 
im = ax.imshow(I, extent=[x.min(), x.max(), y.min(), y.max()]) 
ax.quiver(x[skip], y[skip], dx[skip], dy[skip]) 

ax.set(aspect=1, title='Quiver Plot') 
plt.show() 

Questo è il risultato:

Il problema è che i vettori sembrano non essere corretto. Questo punto diventa più chiaro quando si ingrandisce l'immagine:

Perché alcuni dei vettori puntano verso il centro come previsto, mentre altri non lo fanno?

Forse c'è un problema con il risultato della chiamata a np.gradient?

Answer 1

Penso che i tuoi strani risultati siano, almeno in parte, perché p è di tipo uint8. Anche diff numpy risulta in valori chiaramente errati per un array di questo dtype. Se si converte in numero intero con segno sostituendo la definizione di p con il seguente: p = np.asarray(I).astype(int8), i risultati di diff sono corretti. Il seguente codice mi dà quello che sembra un campo di ragionevole,

import numpy as np 
import matplotlib.pyplot as plt 
import Image 
from PIL import ImageFilter 

I = Image.open('./test.png') 
I = I.filter(ImageFilter.BLUR) 
p = np.asarray(I).astype('int8') 
w,h = I.size 
x, y = np.mgrid[0:h:500j, 0:w:500j] 

dy, dx = np.gradient(p) 
skip = (slice(None, None, 3), slice(None, None, 3)) 

fig, ax = plt.subplots() 
im = ax.imshow(I.transpose(Image.FLIP_TOP_BOTTOM), 
       extent=[x.min(), x.max(), y.min(), y.max()]) 
plt.colorbar(im) 
ax.quiver(x[skip], y[skip], dx[skip].T, dy[skip].T) 

ax.set(aspect=1, title='Quiver Plot') 
plt.show() 

Questo ha pronunciato la seguente:

e da vicino questo appare come ci si aspetterebbe,