Matlab im2col 函数

Question

这是一个比较笼统的问题，但是，无论我读了多少遍 MATLAB 的 im2col 函数的描述，我都无法完全理解它。我需要它来提高计算效率，因为 MATLAB 的嵌套 for 循环很糟糕。这是我尝试做的，但使用嵌套的 for 循环:

 [TRIMMED]=TM_FILTER(IMAGE, FILTER_SIZE, PERCENT)
    Takes a 2-D array and returns the array, filtered with a
    square trimed mean filter with length/width equal to FILTER_SIZE and percent equal to PERCENT.

    %}
    function [trimmed]=tm_filter(image, filter_size, percent)
    if rem(filter_size, 2)==0                            %make sure filter has a center pixel
        error('filter size must be odd numbered');       %error and return if number is odd
        return 
    end
    if percent > 100 || percent < 0
        error('Percentage must be ? [0, 100]');
        return
    end

    [rows, columns]=size(image);              %figure out pixels needed
    n=(filter_size-1)/2;                      %n is pixel distance from center pixel to boundaries  
    padded=(padarray(image, [n,n],128));      %padding on boundaries so center pixel always has neighborhood

for i=1+n:rows                            %rows from first non-padded entry to last nonpadded entry
    for j=1+n:columns                     %colums from first non-padded entry to last nonpadded entry
    subimage=padded(i-n:i+n,j-n:j+n);     %neighborhood same size as filter
    average=trimmean(trimmean(subimage, percent), percent);         %computes trimmed mean of neighborhood as trimmed mean of vector of trimmed means
    trimmed(i-n, j-n)=average;         %stores averaged pixel in new array
    end
end
trimmed=uint8(trimmed);             %converts image to gray levels from 0-255

Answer 1

这是您想要的代码:请注意，整个嵌套循环已替换为单个语句。

 [TRIMMED]=TM_FILTER(IMAGE, FILTER_SIZE, PERCENT)
    Takes a 2-D array and returns the array, filtered with a
    square trimed mean filter with length/width equal to FILTER_SIZE and percent equal to PERCENT.

    %}
    function [trimmed]=tm_filter(image, filter_size, percent)
    if rem(filter_size, 2)==0                            %make sure filter has a center pixel
        error('filter size must be odd numbered');       %error and return if number is odd
        return 
    end
    if percent > 100 || percent < 0
        error('Percentage must be ? [0, 100]');
        return
    end

    trimmed = (uint8)trimmean(im2col(image, filter_size), percent);

解释:

im2col 函数将 filter_size 的每个区域变成一列。然后，您的 trimmean 函数可以在单个操作中对每个区域(列)进行操作 - 比依次提取每个形状更有效。另请注意，这只需要一次应用 trimmean - 在您的原始版本中，您首先在列上执行此操作，然后在行上再次执行，这实际上会导致比我认为您预期的更严重的修剪(排除第一次是 50%，然后又是 50%——感觉像是排除了 75%。不完全正确，但你明白我的意思)。您还会发现更改操作顺序(行，然后是列，然后是列，然后是行)会改变结果，因为过滤器是非线性的。

例如

im = reshape(1:9, [3 3]);
disp(im2col(im,[2 2])

结果

1  2  4  5
2  3  5  6
4  5  7  8
5  6  8  9

因为你从这个矩阵中取出了 4 个可能的 2x2 block 中的每一个:

1  4  7
2  5  8
3  6  9

并将它们变成列

注意 - 使用这种技术(应用于未填充图像)你确实会丢失一些边缘像素；您的方法添加了一些填充，以便每个像素(甚至是边缘上的像素)都有一个完整的邻域，因此过滤器返回一个与原始图像大小相同的图像(但不清楚填充/过滤的效果是什么靠近边距，尤其是角落:几乎 75% 的像素固定在 128，这很可能主导角落的行为)。