原文:http://blog.csdn.net/viewcode/article/details/8287599

1. 边界处理的类型

2. OpenCV的实现

在图像处理中,经常需要空域或频域的滤波处理,在进入真正的处理程序前,需要考虑图像边界情况。

通常的处理方法是为图像增加一定的边缘,以适应 卷积核 在原图像边界的操作。

1. 增加边界的类型有以下4个类型:

以一行图像数据为例,abcdefgh是原图数据,|是图像边界,为原图加边

aaaaaa|abcdefgh|hhhhhhh     重复

fedcba|abcdefgh|hgfedcb    反射

gfedcb|abcdefgh|gfedcba  反射101,相当于上一行的左右互换

cdefgh|abcdefgh|abcdefg  外包装

iiiiii|abcdefgh|iiiiiii  with some specified 'i'  常量

2. opencv的实现

opencv中有几处增加边界的实现,其源码分别散布在Utils.cpp,Filter.cpp,Ts_func.cpp中,功能和实现都基本相同。

以Utils的copyMakeBorder,及Filter中的borderInterpolate为例,这两种的代码风格比较通俗易懂。

边界处理的步骤:

首先,为目的图像(结果图像)分配内存,图像大小为size(src.rows + top + bottom, src.cols + left + right)

然后,以原图为基准,逐行处理,先扩展左边界,复制原图数据到目的图像,再扩展右边界。

最后,扩展上边界,以及下边界。

其中,每扩展一个边界像素,都需要计算出对应的原图中的位置,这个功能被提炼出来,就是borderInterpolate

[cpp] view plaincopy
  1. /*
  2. Various border types, image boundaries are denoted with '|'
  3. * BORDER_REPLICATE:     aaaaaa|abcdefgh|hhhhhhh
  4. * BORDER_REFLECT:       fedcba|abcdefgh|hgfedcb
  5. * BORDER_REFLECT_101:   gfedcb|abcdefgh|gfedcba
  6. * BORDER_WRAP:          cdefgh|abcdefgh|abcdefg
  7. * BORDER_CONSTANT:      iiiiii|abcdefgh|iiiiiii  with some specified 'i'
  8. */
  9. int cv::borderInterpolate( int p, int len, int borderType ) // p是扩展边界的位置,len是原图宽度
  10. {
  11. if( (unsigned)p < (unsigned)len )     // 转换为无符号类型,左边界和上边界:p一般是负数,右边界和下边界,p一般是大于len的。
  12. ;
  13. else if( borderType == BORDER_REPLICATE ) // 重复类型,每次对应原图的位置是0或len-1
  14. p = p < 0 ? 0 : len - 1;
  15. else if( borderType == BORDER_REFLECT || borderType == BORDER_REFLECT_101 ) // 反射/映射
  16. {
  17. int delta = borderType == BORDER_REFLECT_101;
  18. if( len == 1 )
  19. return 0;
  20. do
  21. {
  22. if( p < 0 )    // 反射:左边界或101:右边界
  23. p = -p - 1 + delta;
  24. else
  25. p = len - 1 - (p - len) - delta;
  26. }
  27. while( (unsigned)p >= (unsigned)len );
  28. }
  29. else if( borderType == BORDER_WRAP )  // 包装
  30. {
  31. if( p < 0 )  // 左边界
  32. p -= ((p-len+1)/len)*len;
  33. if( p >= len )  // 右边界
  34. p %= len;
  35. }
  36. else if( borderType == BORDER_CONSTANT )  // 常量,另外处理
  37. p = -1;
  38. else
  39. CV_Error( CV_StsBadArg, "Unknown/unsupported border type" );
  40. return p;
  41. }

非常量类型边界扩展:

[cpp] view plaincopy
  1. static void copyMakeBorder_8u( const uchar* src, size_t srcstep, Size srcroi, // 原图 参数:数据,step,大小
  2. uchar* dst, size_t dststep, Size dstroi,  // 目的图像参数
  3. int top, int left, int cn, int borderType )
  4. {
  5. const int isz = (int)sizeof(int);
  6. int i, j, k, elemSize = 1;
  7. bool intMode = false;
  8. if( (cn | srcstep | dststep | (size_t)src | (size_t)dst) % isz == 0 )
  9. {
  10. cn /= isz;
  11. elemSize = isz;
  12. intMode = true;
  13. }
  14. AutoBuffer<int> _tab((dstroi.width - srcroi.width)*cn);  // 大小是 扩展的左右边界之和,仅用于存放 扩展的边界 在原图中的位置
  15. int* tab = _tab;
  16. int right = dstroi.width - srcroi.width - left;
  17. int bottom = dstroi.height - srcroi.height - top;
  18. for( i = 0; i < left; i++ ) // 左边界
  19. {
  20. j = borderInterpolate(i - left, srcroi.width, borderType)*cn;  // 计算出原图中对应的位置
  21. for( k = 0; k < cn; k++ )  // 每个通道的处理
  22. tab[i*cn + k] = j + k;
  23. }
  24. for( i = 0; i < right; i++ )  // 右边界
  25. {
  26. j = borderInterpolate(srcroi.width + i, srcroi.width, borderType)*cn;
  27. for( k = 0; k < cn; k++ )
  28. tab[(i+left)*cn + k] = j + k;
  29. }
  30. srcroi.width *= cn;
  31. dstroi.width *= cn;
  32. left *= cn;
  33. right *= cn;
  34. uchar* dstInner = dst + dststep*top + left*elemSize;
  35. for( i = 0; i < srcroi.height; i++, dstInner += dststep, src += srcstep ) // 从原图中复制数据到扩展的边界中
  36. {
  37. if( dstInner != src )
  38. memcpy(dstInner, src, srcroi.width*elemSize);
  39. if( intMode )
  40. {
  41. const int* isrc = (int*)src;
  42. int* idstInner = (int*)dstInner;
  43. for( j = 0; j < left; j++ )
  44. idstInner[j - left] = isrc[tab[j]];
  45. for( j = 0; j < right; j++ )
  46. idstInner[j + srcroi.width] = isrc[tab[j + left]];
  47. }
  48. else
  49. {
  50. for( j = 0; j < left; j++ )
  51. dstInner[j - left] = src[tab[j]];
  52. for( j = 0; j < right; j++ )
  53. dstInner[j + srcroi.width] = src[tab[j + left]];
  54. }
  55. }
  56. dstroi.width *= elemSize;
  57. dst += dststep*top;
  58. for( i = 0; i < top; i++ )  // 上边界
  59. {
  60. j = borderInterpolate(i - top, srcroi.height, borderType);
  61. memcpy(dst + (i - top)*dststep, dst + j*dststep, dstroi.width); // 进行整行的复制
  62. }
  63. for( i = 0; i < bottom; i++ ) // 先边界
  64. {
  65. j = borderInterpolate(i + srcroi.height, srcroi.height, borderType);
  66. memcpy(dst + (i + srcroi.height)*dststep, dst + j*dststep, dstroi.width); // 进行整行的复制
  67. }
  68. }

常量类型的扩展就更简单了:

[cpp] view plaincopy
  1. static void copyMakeConstBorder_8u( const uchar* src, size_t srcstep, Size srcroi,
  2. uchar* dst, size_t dststep, Size dstroi,
  3. int top, int left, int cn, const uchar* value )
  4. {
  5. int i, j;
  6. AutoBuffer<uchar> _constBuf(dstroi.width*cn);
  7. uchar* constBuf = _constBuf;
  8. int right = dstroi.width - srcroi.width - left;
  9. int bottom = dstroi.height - srcroi.height - top;
  10. for( i = 0; i < dstroi.width; i++ ) // 初始化 常量buf的值
  11. {
  12. for( j = 0; j < cn; j++ )
  13. constBuf[i*cn + j] = value[j];
  14. }
  15. srcroi.width *= cn;
  16. dstroi.width *= cn;
  17. left *= cn;
  18. right *= cn;
  19. uchar* dstInner = dst + dststep*top + left;
  20. for( i = 0; i < srcroi.height; i++, dstInner += dststep, src += srcstep ) // 复制原图数据和扩展左右边界
  21. {
  22. if( dstInner != src )
  23. memcpy( dstInner, src, srcroi.width );
  24. memcpy( dstInner - left, constBuf, left );
  25. memcpy( dstInner + srcroi.width, constBuf, right );
  26. }
  27. dst += dststep*top;
  28. for( i = 0; i < top; i++ )
  29. memcpy(dst + (i - top)*dststep, constBuf, dstroi.width); // 扩展上边界
  30. for( i = 0; i < bottom; i++ ) // 扩展下边界
  31. memcpy(dst + (i + srcroi.height)*dststep, constBuf, dstroi.width);
  32. }

对于medianBlur( InputArray _src0, OutputArray _dst, int ksize )的边界扩展方式是 重复复制最边缘像素 BORDER_REPLICATE。

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