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[人工智能]39_OpenCV关于用任意线性滤波器做卷积的操作

目录

1. 用cv::filter2D()进行卷积

2. 通过cv::sepFilter2D()使用可分核

3. 生成卷积核cv::getDerivKernel()和cv::getGaussianKernel()


???????OpenCv允许使用一个真实存在的核进行卷积操作。

理论上,只要用一个数组表示一个核,然后放进一个函数,就可以用来卷积了。实际情况中,一些不起眼的地方会在很大程度上影响到性能,可分解的矩阵通常会产生这种影响,如下:

?一个可分核可以理解成两个一维核,在卷积时,先调用x内核,然后再调用y内核。两个矩阵进行卷积所产生的消耗可以用两个矩阵的面积之积近似。这样,一个n x n的核对面积为A的图像进行卷积所需的时间是An2。但是如果分解成n x 1和1 x n的两个核,那么代价就是An + An = 2An,大大提高了卷积计算的效率,只要n不小于3,这种计算方式能提高效率,并且n越大,越明显。

1. 用cv::filter2D()进行卷积

对一幅图像进行卷积的操作是十分巨大的,第一感觉大概是图像中的像素数量乘以卷积核中的像素数,如此复杂的操作导致没有人愿意通过使用for循环和一堆指针去计算卷积,OpenCv完成并优化这些操作,使用的函数是cv::filter2D(),函数原型:

void cv::filter2D(
	cv::InputArray src,  // input image
	cv::OutputArray dst,  // result image
	int ddepth,  // output depth
	cv::InputArray kernel,  // your own kernel
	cv::Point anchor = cv::Point(-1,-1),  // location of anchor point
	double delta = 0,  //   offset before assignment
	int borderType = cv::BORDER_DEFAULT  // border extrapolation to use
);

使用cv::filter2D()时,先创建一个适当大小的数组,然后设置好内部的系数,然后将它和源图像以及目标图像一起传入cv::filter2D()。
可以通过参数anchor设置锚点,通过borderType设置边框外推方式。
如果定义了锚点位置,那么核的大小可以为偶数,否则必须为奇数。如果还希望滤波的结果与源图像产生一个偏移,可以指定delta参数。

2. 通过cv::sepFilter2D()使用可分核

如果参与卷积的核是可分核,那么先将其分解为两个一维核,然后传递到OpenCv中计算,会获得最佳的计算性能。OpenCv提供函数cv::sepFilter2D()实现该功能,该函数与cv::filter2D()相似,只是在核的接收上有差异。函数原型:

void cv::sepFilter2D(
	cv::InputArray src,  // input image
	cv::OutputArray dst,  // result image
	int ddepth,  // output depth
	cv::InputArray rowKernel,  // 1-by-N row kernel
	cv::InputArray colKernel,  // M-by-1 column kernel
	cv::Point anchor = cv::Point(-1,-1),  // location of anchor point
	double delta = 0,  // offset before assignment
	int borderType = cv::BORDER_DEFAULT  // border extrapolation to use
);

3. 生成卷积核cv::getDerivKernel()和cv::getGaussianKernel()

OpenCv还提供了几个用于生成常用卷积核的函数,cv::getDerivKernel()用于生成Sobel核和Scharr核,cv::getGaussianKernel()用于生成高斯核。

cv::getDerivKernel()函数原型如下:

void cv::getDerivKernels(
	cv::OutputArray kx,
	cv::OutputArray ky,
	int dx,  // order of corresponding derivative in x
	int dy,  // order of corresponding derivative in y
	int ksize,  // kernel size
	bool normalize = true,  // if true, divide by box area
	int ktype = CV_32F  // type for filter coefficients
);

cv::getDerivKernel()的结果放在数组kx和ky中,导数核Sobel和Scharr核是可以分解的。这也是函数返回两个核的原因,返回的两个核中,一个是大小为1 x ksize的行向量,另一个是大小为ksize x 1的列向量。这两个数组由x、y方向的求导顺序dx和dy计算而来。导数核永远都是正方形,ksize是一个整数,可以为1、3、5、7或cv::SCHARR。normalize决定cv::getDerivKernel()是否将核规范化。如果目标是浮点型图像,normalize应该设置为真;如果目标是整型数组,不要设置为真,以免精度丢失。最后一个参数ktype表示滤波器的类型(默认kx核ky的类型,ktype可以是CV_32F和CV_64F。

cv::getGaussianKernel()函数原型:

cv::Mat cv::getGaussianKernel(
    int ksize,  // kernel size
    double sigma,  // Gaussian half-width
    int ktype = CV_32F  // type for filter coefficients)
);

高斯滤波器使用的核是由cv::getGaussianKernel()生成。与导数核相同,高斯核也是可分的。因此cv::getGaussianKernel()计算一个ksize x 1的数组作为结果,ksize是奇数。sigma是近似高斯分布的标准差,高斯分布矩阵的系数通过下式计算:

系数α在滤波器需要规范化的时候才起作用,sigma=-1时将自动计算ksize。

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加:2022-05-13 11:44:22  更:2022-05-13 11:45:27 
 
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