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矩阵上的掩码操作

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原始作者Bernát Gábor
兼容性OpenCV >= 3.0

矩阵上的掩模操作非常简单。其思想是根据掩模矩阵(也称为核)重新计算图像中每个像素的值。该掩模包含一些值,这些值将调整相邻像素(以及当前像素)对新像素值的影响程度。从数学角度来看,我们使用指定的值进行加权平均。

我们的测试用例

让我们考虑一个图像对比度增强方法的问题。基本上,我们想对图像中的每个像素应用以下公式:

\[I(i,j) = 5*I(i,j) - [ I(i-1,j) + I(i+1,j) + I(i,j-1) + I(i,j+1)]\]

\[\iff I(i,j)*M, \text{其中 } M = \bordermatrix{ _i\backslash ^j & -1 & 0 & +1 \cr -1 & 0 & -1 & 0 \cr 0 & -1 & 5 & -1 \cr +1 & 0 & -1 & 0 \cr }\]

第一种表示方法是使用公式,而第二种是通过使用掩模对第一种进行压缩。使用掩模时,您将掩模矩阵的中心(在上述情况下由零零索引表示)放在您要计算的像素上,并将像素值与重叠的矩阵值相乘后求和。它们是相同的,但在大型矩阵的情况下,后一种表示方法更容易查看。

代码

基本方法

现在让我们看看如何通过使用基本的像素访问方法或使用filter2D()函数来实现这一点。

这是一个可以实现此功能的函数

我们创建一个与输入图像大小和类型相同的输出图像。如您在存储一节中所见,根据通道数,我们可能有一个或多个子列。

filter2D 函数

这类滤波器在图像处理中非常常见,以至于OpenCV中有一个函数可以处理掩模(在某些地方也称为核)的应用。为此,您首先需要定义一个持有掩模的对象。

然后调用filter2D()函数,指定输入图像、输出图像和要使用的核。

该函数甚至还有一个可选的第五个参数用于指定核的中心,第六个参数用于在将过滤后的像素存储到K中之前向其添加一个可选值,以及第七个参数用于确定在操作未定义的区域(边界)中如何处理。

这个函数更短,更简洁,而且由于存在一些优化,它通常比手动编写的方法更快。例如,在我的测试中,第二个方法只用了13毫秒,而第一个方法用了大约31毫秒。差异相当大。

例如