OpenCV学习之四: 矩阵的掩码操作
来源:互联网 发布:淘宝卖家都用什么软件 编辑:程序博客网 时间:2024/05/21 14:26
矩阵的掩码操作
矩阵的掩码操作很简单。其思想是:根据掩码矩阵(也称作核)重新计算图像中每个像素的值。掩码矩阵中的值表示近邻像素值(包括该像素自身的值)对新像素值有多大影响。从数学观点看,我们用自己设置的权值,对像素邻域内的值做了个加权平均。
测试用例
思考一下图像对比度增强的问题。我们可以对图像的每个像素应用下面的公式:
上面那种表达法是公式的形式,而下面那种是以掩码矩阵表示的紧凑形式。使用掩码矩阵的时候,我们先把矩阵中心的元素(上面的例子中是(0,0)位置的元素,也就是5)对齐到要计算的目标像素上,再把邻域像素值和相应的矩阵元素值的乘积加起来。虽然这两种形式是完全等价的,但在大矩阵情况下,下面的形式看起来会清楚得多。
现在,我们来看看实现掩码操作的两种方法。一种方法是用基本的像素访问方法,另一种方法是用 filter2D 函数。
基本方法
下面是实现了上述功能的函数:
刚进入函数的时候,我们要确保输入图像是无符号字符类型的。为了做到这点,我们使用了 CV_Assert 函数。若该函数括号内的表达式为false,则会抛出一个错误。
然后,我们创建了一个与输入有着相同大小和类型的输出图像。在 图像矩阵是如何存储在内存之中的? 一节可以看到,根据图像的通道数,我们有一个或多个子列。我们用指针在每一个通道上迭代,因此通道数就决定了需计算的元素总数。
利用C语言的[]操作符,我们能简单明了地访问像素。因为要同时访问多行像素,所以我们获取了其中每一行像素的指针(分别是前一行、当前行和下一行)。此外,我们还需要一个指向计算结果存储位置的指针。有了这些指针后,我们使用[]操作符,就能轻松访问到目标元素。为了让输出指针向前移动,我们在每一次操作之后对输出指针进行了递增(移动一个字节):
在图像的边界上,上面给出的公式会访问不存在的像素位置(比如(0,-1))。因此我们的公式对边界点来说是未定义的。一种简单的解决方法,是不对这些边界点使用掩码,而直接把它们设为0:
filter2D函数
滤波器在图像处理中的应用太广泛了,因此OpenCV也有个用到了滤波器掩码(某些场合也称作核)的函数。不过想使用这个函数,你必须先定义一个表示掩码的 Mat对象:
然后调用 filter2D 函数,参数包括输入、输出图像以及用到的核:
它还带有第五个可选参数——指定核的中心,和第六个可选参数——指定函数在未定义区域(边界)的行为。使用该函数有一些优点,如代码更加清晰简洁、通常比自己实现的方法 速度更快(因为有一些专门针对它实现的优化技术)等等。例如,我测试的滤波器方法仅花了13毫秒,而前面那样自己实现迭代方法花了约31毫秒,二者有着不小差距。
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