OpenCV：三、矩阵的掩膜操作

前言

在上一章中以及描述了如何使用cv ::cvtColor将BGR图像转换为灰度图像并通过cv :: imshow 将其显示在窗口中。点击进入修改和保存图像

目标

本章中，将学习如何：

• 像素范围处理
• 获取图像像素指针
• 掩膜操作解释

掩膜操作定义

矩阵上的掩膜操作非常简单。这个想法是，我们根据掩膜Mask矩阵（也称为内核Kernel）重新计算图像中的每个像素值。该掩膜保存将调整相邻像素（和当前像素）对新像素值有多大影响的值。从数学的角度来看，我们用加权平均值与我们指定的值进行比较。通过掩膜操作实现图像对比度提高。

计算公式
第一个符号是使用公式，而第二个是通过使用掩码的第一个压缩版本。通过将掩模矩阵的中心（在零值索引的大写表示）放在要计算的像素上，并使用叠加的矩阵值乘以像素值，并使用掩码。这是同样的事情，但是在大型矩阵的情况下，后一种符号更容易查看。
在OpenCV中我们通过cv :: filter2D函数来实现，或自己手写掩膜运算函数

源代码

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
using namespace cv;
using namespace std;
int main( int argc, char** argv )
{
       String imageName("../data/HappyFish.jpg");
    Mat src = imread(imageName, IMREAD_UNCHANGED);
    if (src.empty())                      // Check for invalid input
    {
        cout << "Could not open or find the image" << std::endl;
        return -1;
    }
    int cols = (src.cols-1)*src.channels();
    int rows = src.rows;
    int offsetx = src.channels();
    Mat dst;
    dst = Mat(src.size(), src.type());

    int64 t = getTickCount();

    //代码进行掩膜运行时间为0.003s
    for (int row = 1; row < rows - 1; row++)
    {
        const uchar* current = src.ptr<uchar>(row);
        const uchar* previous = src.ptr<uchar>(row - 1);
        const uchar* next = src.ptr<uchar>(row + 1);
        uchar* output = dst.ptr<uchar>(row);

        for (int col = offsetx; col < cols; col++)
        {
            output[col] = saturate_cast<uchar>(5 * current[col] - (current[col - offsetx] + current[col + offsetx] + previous[col] + next[col]));   //  像素范围处理，确保RGB值得范围在0-255之间，小于0的值返回0，大于255的值返回255；
        }
    }

    //调用opencvAPI 时间为0.02s
    /*Mat kernel = (Mat_<char>(3, 3) << 0, -1, 0, -1, 5, -1, 0, -1, 0);
    filter2D(src, dst, src.depth(), kernel);*/
    namedWindow("input_win", WINDOW_AUTOSIZE);
    imshow("input_win", src);
    namedWindow("output_win", WINDOW_AUTOSIZE);
    imshow("output_win", dst);
    double timesonsume = (getTickCount() - t) / getTickFrequency();
    printf("time consume %.5f", timesonsume);
    waitKey(0); // Wait for a keystroke in the window
    return 0;
}

说明

• 像素范围处理saturate_cast<uchar>
  1. saturate_cast<uchar>(-100)，返回0；
  2. saturate_cast<uchar>(288)，返回255；
  3. saturate_cast<uchar>(100)，返回100；
  4. 这个函数的功能是确保RGB值的范围在0~255之间；
• 函数调用filter2D功能
  1. 定义掩膜：Mat Kernel =(Mat_<char>(3,3)<<0,-1,0,-1,5,-1,0,-1,0)；
  2. filter2D(src,dst,src.depth(),Kernel)；其中src与dst是Mat类型变量、src.depth表示位图深度，有32、24、8等
• 统计代码运行时间getTickCount

#include<iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
 
using namespace cv;
using namespace std;
 
int main(){
    double t = (double)getTickCount();//开始时间
    for (int i = 0; i <= 1000; i++){}//可替换成其他代码
    t = (double)getTickCount() - t;//代码运行时间=结束时间-开始时间
    printf("execution time = %gms\n", t*1000 / getTickFrequency());//转换时间单位并输出代码运行时间
    system("pause");//让dos界面停留
    return 0;
}