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OpenCVC 中的填孔過濾器

2022-06-15 06:55:19 軟體設計

我有一個填孔過濾器的基本實作,如下所示:

#include <iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>

int main(int argc, char** argv)
{
    // please note that the depthImg is (720 x 576) 8UC1
    // let's make a smaller one for testing
    uchar flatten[6 * 8] = { 140, 185,  48, 235, 201, 192, 131,  57,
                              55,  87,  82,   0,   6, 201,   0,  38,
                               6, 239,  82, 142,  46,  33, 172,  72,
                             133,   0, 232, 226,  66,  59,  10, 204,
                             214, 123, 202, 100,   0,  32,   6, 147,
                             105, 191,  50,  21,  87, 117, 118, 244};

    cv::Mat depthImg = cv::Mat(6, 8, CV_8UC1, flatten);

    // please ignore the border pixels in this case
    for (int i = 1; i < depthImg.cols - 1; i  ) {
        for (int j = 1; j < depthImg.rows - 1; j  ) {
            unsigned short sumNonZeroAdjs = 0;
            uchar countNonZeroAdjs = 0;
            if (depthImg.at<uchar>(j, i) == 0) {
                uchar iMinus1 = depthImg.at<uchar>(j, i - 1);
                uchar  iPlus1 = depthImg.at<uchar>(j, i   1);
                uchar jMinus1 = depthImg.at<uchar>(j - 1, i);
                uchar  jPlus1 = depthImg.at<uchar>(j   1, i);
                if (iMinus1 != 0) {
                    sumNonZeroAdjs  = iMinus1;
                    countNonZeroAdjs  ;
                }
                if (iPlus1 != 0) {
                    sumNonZeroAdjs  = iPlus1;
                    countNonZeroAdjs  ;
                }
                if (jMinus1 != 0) {
                    sumNonZeroAdjs  = jMinus1;
                    countNonZeroAdjs  ;
                }
                if (jPlus1 != 0) {
                    sumNonZeroAdjs  = jPlus1;
                    countNonZeroAdjs  ;
                }
                depthImg.at<uchar>(j, i) = sumNonZeroAdjs / countNonZeroAdjs;
            }
        }
    }

    std::cout << depthImg << std::endl;
    return 0;
}
// prints the following:
[140, 185, 48, 235, 201, 192, 131, 57;
  55, 87, 82, 116, 6, 201, 135, 38;
  6, 239, 82, 142, 46, 33, 172, 72;
  133, 181, 232, 226, 66, 59, 10, 204;
  214, 123, 202, 100, 71, 32, 6, 147;
  105, 191, 50, 21, 87, 117, 118, 244]

上面的過濾器計算相鄰像素的平均值以填充 0 像素。這個實作的輸出是令人滿意的。然而,正如我們所見,上面的原型并不優雅,而且速度慢得令人痛苦。

我正在尋找類似的邏輯(使用相鄰像素填充 0 像素)但更快(執行時間)OpenCV 中內置的孔填充過濾器

PS:我在 Ubuntu 20.04 LTS 上使用 OpenCV v4.2.0。

更新 1

根據建議,我設計了指標樣式訪問。完整代碼如下所示:

#include <iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>

void inPlaceHoleFillingExceptBorderPtrStyle(cv::Mat& img) {
  typedef uchar T;
  T* ptr = img.data;
  size_t elemStep = img.step / sizeof(T);

  for (int i = 1; i < img.rows - 1; i  ) {
    for (int j = 1; j < img.cols - 1; j  ) {
      T& curr = ptr[i * elemStep   j];
      if (curr != 0) {
        continue;
      }

      ushort sumNonZeroAdjs = 0;
      uchar countNonZeroAdjs = 0;
      T iM1 = ptr[(i - 1) * elemStep   j];
      T iP1 = ptr[(i   1) * elemStep   j];
      T jM1 = ptr[i * elemStep   (j - 1)];
      T jP1 = ptr[i * elemStep   (j   1)];

      if (iM1 != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = iM1;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (iP1 != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = iP1;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (jM1 != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = jM1;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (jP1 != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = jP1;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (countNonZeroAdjs > 0) {
        curr = sumNonZeroAdjs / countNonZeroAdjs;
      }
    }
  }
}

void inPlaceHoleFillingExceptBorder(cv::Mat& img) {
  typedef uchar T;

  for (int i = 1; i < img.cols - 1; i  ) {
    for (int j = 1; j < img.rows - 1; j  ) {
      ushort sumNonZeroAdjs = 0;
      uchar countNonZeroAdjs = 0;
      if (img.at<T>(j, i) != 0) {
        continue;
      }

      T iM1 = img.at<T>(j, i - 1);
      T iP1 = img.at<T>(j, i   1);
      T jM1 = img.at<T>(j - 1, i);
      T jP1 = img.at<T>(j   1, i);

      if (iM1 != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = iM1;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (iP1 != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = iP1;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (jM1 != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = jM1;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (jP1 != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = jP1;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (countNonZeroAdjs > 0) {
        img.at<T>(j, i) = sumNonZeroAdjs / countNonZeroAdjs;
      }
    }
  }
}

int main(int argc, char** argv) {
  // please note that the img is (720 x 576) 8UC1
  // let's make a smaller one for testing
  // clang-format off
  uchar flatten[6 * 8] = { 140, 185,  48, 235, 201, 192, 131,  57,
                            55,  87,  82,   0,   6, 201,   0,  38,
                             6, 239,  82, 142,  46,  33, 172,  72,
                           133,   0, 232, 226,  66,  59,  10, 204,
                           214, 123, 202, 100,   0,  32,   6, 147,
                           105, 191,  50,  21,  87, 117, 118, 244};
  // clang-format on

  cv::Mat img = cv::Mat(6, 8, CV_8UC1, flatten);
  cv::Mat img1 = img.clone();
  cv::Mat img2 = img.clone();

  inPlaceHoleFillingExceptBorderPtrStyle(img1);
  inPlaceHoleFillingExceptBorder(img2);

  return 0;
}

/*** expected output
[140, 185,  48, 235, 201, 192, 131, 57;
  55,  87,  82, 116,  6,  201, 135, 38;
   6, 239,  82, 142, 46,   33, 172, 72;
 133, 181, 232, 226, 66,   59,  10, 204;
 214, 123, 202, 100, 71,   32,   6, 147;
 105, 191,  50,  21, 87,  117, 118, 244]
***/

更新 2

根據建議,點樣式代碼進一步改進如下:


void inPlaceHoleFillingExceptBorderImpv(cv::Mat& img) {
  typedef uchar T;
  size_t elemStep = img.step1();
  const size_t margin = 1;

  for (size_t i = margin; i < img.rows - margin;   i) {
    T* ptr = img.data   i * elemStep;
    for (size_t j = margin; j < img.cols - margin;   j,   ptr) {
      T& curr = ptr[margin];
      if (curr != 0) {
        continue;
      }

      T& north = ptr[margin - elemStep];
      T& south = ptr[margin   elemStep];
      T&  east = ptr[margin   1];
      T&  west = ptr[margin - 1];

      ushort  sumNonZeroAdjs = 0;
      uchar countNonZeroAdjs = 0;
      if (north != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = north;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (south != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = south;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (east != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = east;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (west != 0) {
        sumNonZeroAdjs  = west;
        countNonZeroAdjs  ;
      }
      if (countNonZeroAdjs > 0) {
        curr = sumNonZeroAdjs / countNonZeroAdjs;
      }
    }
  }
}

uj5u.com熱心網友回復:

有三個部分:1)找到零點,2)找到平均值,3)用平均值填充找到的零點。所以:

/****
 * in-place fill zeros with the mean of the surrounding neighborhoods
 ***/
void fillHoles(Mat gray){    
    // find the zeros
    Mat mask = (gray == 0);
    
    // find the mean with filter2d
    Mat kernel = (Mat_<double>(3,3) << 
    1/8, 1/8, 1/8
    1/8, 0  , 1/8
    1/8, 1/8, 1/8
    );
    Mat avg;
    cv::filter2d(gray, avg, CV_8U, kernel)
    
    // then fill the zeros, only where indicated by `mask`
    cv::bitwise_or(gray, avg, gray, mask);

}

請注意,我只是意識到這顯然是取平均值,而不是非零平均值。對于該操作,您可能需要執行兩個過濾器,一個用于求和,一個用于非零計數,然后將兩者相除:

// find the neighborhood sum with filter2d
Mat kernel = (Mat_<double>(3,3) << 
1, 1, 1
1, 0, 1
1, 1, 1
);
Mat sums;
cv::filter2d(gray, sums, CV_64F, kernel);

// find the neighborhood count with filter2d
Mat counts;
cv::filter2d(gray!=0, counts, CV_64F, kernel);    
counts /= 255; // because gray!=0 returns 255 where true

// force counts to 1 if 0, so we can divide later
cv::max(counts, 1, counts);

Mat out;
cv::divide(sums, counts, out);

out.convertTo(gray, CV_8U);

uj5u.com熱心網友回復:

@QuangHoang建議了一種很棒的基于內核的方法。不幸的是,結果與預期的輸出不匹配。

因此,根據@CrisLuengo的各種評論,我設法設計了過濾器的省時版本,如下所示:

void inPlaceHoleFillingExceptBorderFast(cv::Mat& img) {
  typedef uchar T;
  const size_t elemStep = img.step1();
  const size_t margin = 1;

  for (size_t i = margin; i < img.rows - margin;   i) {
    T* ptr = img.data   i * elemStep;
    for (size_t j = margin; j < img.cols - margin;   j,   ptr) {
      T& curr = ptr[margin];
      if (curr != 0) {
        continue;
      }

      T& east  = ptr[margin   1];
      T& west  = ptr[margin - 1];
      T& north = ptr[margin - elemStep];
      T& south = ptr[margin   elemStep];

      // convert to 0/1 and sum them up
      uchar count = static_cast<bool>(north)   static_cast<bool>(south)  
                    static_cast<bool>(east)    static_cast<bool>(west);

      // we do not want to divide by 0
      if (count > 0) {
        curr = (north   south   east   west) / count;
      }
    }
  }
}

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    他們集團的資訊化公司及研究院在一個礦區正在做智能礦山的統一平臺的 試點,專案投資大概1億,包括了礦山的各方面的內容,顯示得我們這次交流有點多余。他們2年前開始做智能礦山的規劃,有很多煤礦行業專家的加持,他們的描述是非常完美,但是去年底應該上線的平臺,現在還沒有看到影子。他們確實有很多場景需求,但是被... ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:19:07 more
  • 《社區人員管理》實戰案例設計&個人案例分享

    設計是一個讓人夢想成真程序,開始編碼、測驗、除錯之前進行需求分析和架構設計,才能保證關鍵方面都做正確 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:18:57 more
  • 軟體架構生態化-多角色交付的探索實踐

    作為一個技術架構師,不僅僅要緊跟行業技術趨勢,還要結合研發團隊現狀及痛點,探索新的交付方案。在日常中,你是否遇到如下問題 “ 業務需求排期長研發是瓶頸;非研發角色感受不到研發技改提效的變化;引入ISV 團隊又擔心質量和安全,培訓周期長“等等,基于此我們探索了一種新的技術體系及交付方案來解決如上問題。 ......

    uj5u.com 2023-04-20 08:18:49 more
  • 05單件模式

    #經典的單件模式 public class Singleton { private static Singleton uniqueInstance; //一個靜態變數持有Singleton類的唯一實體。 // 其他有用的實體變數寫在這里 //構造器宣告為私有,只有Singleton可以實體化這個類! ......

    uj5u.com 2023-04-19 08:42:51 more
  • 【架構與設計】常見微服務分層架構的區別和落地實踐

    軟體工程的方方面面都遵循一個最基本的道理:沒有銀彈,架構分層模型更是如此,每一種都有各自優缺點,所以請根據不同的業務場景,并遵循簡單、可演進這兩個重要的架構原則選擇合適的架構分層模型即可。 ......

    uj5u.com 2023-04-19 08:42:41 more