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僅使用 NumPy 的 Python 圖像卷積

僅使用 NumPy 的 Python 圖像卷積

慕仙森 2024-01-27 16:21:36
我正在嘗試僅使用 NumPy 來實現圖像卷積代碼,類似于cv2.filter2D(...)的做法。import numpy as npimport time# kernalH = np.array([[0,1,0],[1,-4,1],[0,1,0]])# imageSEED = 23img = np.random.RandomState(SEED).randint(10, size=(4, 4))# shapesHi, Wi = img.shapeHk, Wk = H.shapehk = Hk//2wk = Wk//2# paddingnew_img = np.pad(img, (hk, wk), 'constant', constant_values=0)pHi, pWi = new_img.shapeprint('img: ')print(new_img)print('kernal: ')print(H)print('\n')# image convolution################################################### Method 1st = time.time()out = np.zeros((Hi, Wi))for i in range(hk, pHi-hk):    for j in range(wk, pWi-wk):        batch = new_img[i-hk:i+hk+1, j-wk:j+wk+1]        out[i-hk][j-wk] = np.sum(batch*H)print('out: ')print(out)print("[*] process time : %f" % (time.time()- st))print('\n')################################################### Method 2st = time.time()Hi, Wi = img.shapeout = np.zeros((Hi, Wi))H_1d = H.ravel()hl = len(H_1d)for i in range(Wi):    img_slice = new_img[:, i:Hk+i]    for j in range(Hi):        out[j][i] = np.sum(img_slice[j:j+Hk,:]*H)    il = len(img_slice)    h1 = 0    h2 = hl        while h2 <= il:        index = h1//Hk        # print(index)        out[index][i] = np.sum(img_slice[h1:h2]*H_1d)        h1 = h1 + Hk        h2 = h2 + Hkprint('out: ')print(out)print("[*] process time : %f" % (time.time()- st))print('\n')##################################################它有效,但我需要更快、更有效的實施。為了使算法更快,我嘗試在此處查看圖像的卷積過程中找到模式,但仍然無法弄清楚應該做什么。有人可以幫助我改進當前的代碼,使其更快,僅使用 NumPy 嗎?
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1 回答

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這是使用 strides 的更快方法(請注意,view_as_windows在底層使用 numpy strides。如果您必須嚴格使用 numpy,只需使用 numpy 包中的 strides 即可。了解 numpy 中的等效實現view_as_windows):


from skimage.util import view_as_windows

out = view_as_windows(new_img, (Hk,Wk))

out = np.einsum('ijkl,kl->ij',out,H)

輸出:


out:?

[[? 0? -5 -10 -19]

?[-10? -7? -2 -18]

?[? 5? -7? 11? ?7]

?[-12? -9? 11 -18]]

輸入的時間:


#Method 1

[*] process time : 0.000615


#Method 2

[*] process time : 0.000475


#proposed method in this answer

[*] process time : 0.000348

較大陣列的計時使用benchit:


(方法2對于較大的數組有錯誤)


方法 3 比方法 1 快幾個數量級。

https://img1.sycdn.imooc.com/65b4be2a00014caa03200209.jpg

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反對 回復 2024-01-27
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