【问题标题】:Weird result from the Kuwahara filter来自 Kuwahara 过滤器的奇怪结果
【发布时间】:2013-03-25 05:54:09
【问题描述】:

我正在用 C++ 实现 Kuwahara 过滤器,使用 OpenCV 来帮助打开和显示图像。这个想法很简单,但不知何故我得到了奇怪的结果。这是因为:

#include "opencv2/opencv.hpp"
#include <iostream>
#include <iomanip>
#include <cmath>

using namespace std;
using namespace cv;

//This class is essentially a struct of 4 Kuwahara regions surrounding a pixel, along with each one's mean, sum and variance.
class Regions{
    int* Area[4];
    int Size[4];
    unsigned long long Sum[4];
    double Var[4];
    int kernel;
public:
    Regions(int _kernel) : kernel(_kernel) {
        for (int i = 0; i<4; i++) {
            Area[i] = new int[kernel*kernel];
            Size[i] = 0;
            Sum[i] = 0;
            Var[i] = 0.0;
        }
    }

    //Update data, increase the size of the area, update the sum
    void sendData(int area, int data){
        Area[area][Size[area]] = data;
        Sum[area] += data;
        Size[area]++;
    }
    //Calculate the variance of each area
    double var(int area) {
        int __mean = Sum[area]/Size[area];
        double temp = 0;
        for (int i = 0; i<Size[area]; i++) {
            temp+= (Area[area][i] - __mean) * (Area[area][i] - __mean);
        }
        if (Size[area]==1) return 1.7e38; //If there is only one pixel inside the region then return the maximum of double
                                           //So that with this big number, the region will never be considered in the below minVar()
        return sqrt(temp/(Size[area]-1));
    }
    //Call the above function to calc the variances of all 4 areas
    void calcVar() {
        for (int i = 0; i<4; i++) {
            Var[i] = var(i);
        }
    }
    //Find out which regions has the least variance
    int minVar() {
        calcVar();
        int i = 0;
        double __var = Var[0];
        if (__var > Var[1]) {__var = Var[1]; i = 1;}
        if (__var > Var[2]) {__var = Var[2]; i = 2;}
        if (__var > Var[3]) {__var = Var[3]; i = 3;}
        return i;
    }

    //Return the mean of that regions
    uchar result(){
        int i = minVar();
        return saturate_cast<uchar> ((double) (Sum[i] *1.0 / Size[i]));
    }
};

class Kuwahara{
private:
    int wid, hei, pad, kernel;
    Mat image;
public:
    Regions getRegions(int x, int y){
        Regions regions(kernel);

        uchar *data = image.data;

        //Update data for each region, pixels that are outside the image's boundary will be ignored.

        //Area 1 (upper left)
        for (int j = (y-pad >=0)? y-pad : 0; j>= 0 && j<=y && j<hei; j++)
            for (int i = ((x-pad >=0) ? x-pad : 0); i>= 0 && i<=x && i<wid; i++) {
                regions.sendData(1,data[(j*wid)+i]);
            }
        //Area 2 (upper right)
        for (int j = (y-pad >=0)? y-pad : 0; j<=y && j<hei; j++)
            for (int i = x; i<=x+pad && i<wid; i++) {
                regions.sendData(2,data[(j*wid)+i]);
            }
        //Area 3 (bottom left)
        for (int j = y; j<=y+pad && j<hei; j++)
            for (int i = ((x-pad >=0) ? x-pad : 0); i<=x && i<wid; i++) {
                regions.sendData(3,data[(j*wid)+i]);
            }
        //Area 0 (bottom right)
        for (int j = y; j<=y+pad && j<hei; j++)
            for (int i = x; i<=x+pad && i<wid; i++) {
                regions.sendData(0,data[(j*wid)+i]);
            }
        return regions;
    }

    //Constructor
    Kuwahara(const Mat& _image, int _kernel) : kernel(_kernel) {
        image = _image.clone();
        wid = image.cols; hei = image.rows;
        pad = kernel-1;
    }

    //Create new image and replace its pixels by the results of Kuwahara filter on the original pixels
    Mat apply(){
        Mat temp;
        temp.create(image.size(), CV_8U);
        uchar* data = temp.data;

        for (int j= 0; j<hei; j++) {
            for (int i = 0; i<wid; i++)
                data[j*wid+i] = getRegions(i,j).result();
        }
        return temp;
    }
};

int main() {
    Mat img = imread("limes.tif", 1);
    Mat gray, dest;
    int kernel = 15;
    gray.create(img.size(), CV_8U);
    cvtColor(img, gray, CV_BGR2GRAY);

    Kuwahara filter(gray, kernel);

    dest = filter.apply();

    imshow("Result", dest);
    imwrite("result.jpg", dest);
    waitKey();
}

结果如下:

您可以看到它与正确的结果不同,这些酸橙的边界似乎被复制并向上移动。如果我应用 15x15 过滤器,它会给我这样的一团糟:

我花了一整天的时间来调试,但到目前为止什么也没找到。我什至手动对小图像进行了计算并与结果进行比较,没有发现任何差异。 谁能帮我找出我做错了什么? 非常感谢。

【问题讨论】:

  • 那里有很多代码要检查,但我注意到的一件直接的事情是在您的var() 函数中,您在某些地方使用整数运算,这可能会导致一些值被截断。我不确定它是否会在预期的范围内显着,但值得以双精度做所有事情,看看是否有什么不同。
  • @roger_rowland 感谢您花时间阅读我的代码并指出该错误。但是,当我使用 double 而不是 int 并强制所有算术计算处理 double 时,结果不会改变。
  • 这不会解决你的问题,但最好使用std::numeric_limits&lt;double&gt;::max() 而不是手动写入double 的最大值。此外,您应该使用常量来命名您的区域,例如 UPPER_LEFT 而不是 1。正如我所说,这些细节不会解决您的问题,但如果您的代码易于阅读和自我记录,人们将更有可能提供帮助:)
  • @Morwenn 酷,谢谢。在我不得不硬编码最大 xalue 之前,我尝试搜索那个 numeric_limits 函数。
  • @crazyfffan:您使用哪种实现来创建groundtruth(正确的结果)?

标签: c++ opencv image-processing computer-vision


【解决方案1】:

事实证明我的代码没有问题,但我定义内核的方式是问题的根源。我的内核实际上是四个小 kuwahara 部分之一,而内核的正确定义是为每个像素计算数据的整个区域,因此包含所有四个部分的区域实际上是内核。所以当谈到一个 7x7 的“内核”时,我实际上应用了一个 15x15 的内核,可怕的结果并不是我想象的来自 15x15 的内核,而是来自 31x31。在那个尺寸下,桑原过滤器根本没有意义,奇怪的结果是不可避免的。

【讨论】:

  • 旧帖,但我无法直接联系到您。我正在研究一些边缘保持过滤器,并认为我会尝试 Kuwahara。你有没有得到任何地方?您是否有机会向 OpenCV 贡献库添加任何变体?
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