Matlab 如何在指定位置有效地提取图像修补程序？

我需要从图像（3个通道）的指定2D位置周围提取大小为

sxsx3

的图像块

如果没有

for

循环，如何有效地执行此操作？我知道我可以在

（x，y）

位置提取一个补丁，如下所示：

apatch = I(y-s/2:y+s/2, x-s/2:x+s/2, :)

---

如何为许多修补程序执行此操作？我知道我可以使用MATLAB的函数

blockproc

，但我不能指定位置。

这似乎出乎意料，但对我来说，天真的

for

-循环实际上是最快的。不过，这可能取决于您的MATLAB版本，因为较新的版本会不断改进JIT编译器

常用数据：

A = rand(30, 30, 3); % Image
I = [5,2,3,21,24]; % I = y 
J = [3,7,5,20,22]; % J = x
s = 3; % Block size

天真的方法：（比

im2col

和

arrayfun

更快） 使用

arrayfun

进近：（比循环慢） 您可以使用图像处理工具箱将每个像素邻域转换为一列。像素邻域的选择使得每个块在列的基础上进行选择，这意味着通过首先向下遍历行，然后继续到下一列并在那里获得邻域来构建块

你这样称呼：

B = im2col(A, [M N]);

我假设您需要滑动/重叠的邻域，而不是不同的邻域，这是执行任何类型的图像过滤时通常使用的

A

是您的图像，您希望找到变换为列的

M x N

像素邻域

B

将是输出，其中每个邻域都是一列，水平平铺在一起。但是，您可能需要处理这样一种情况，即希望沿着图像的边界获取像素邻域。在这种情况下，您需要先对图像进行填充。我们将假设

M

和

N

是奇数，以使填充更容易。具体来说，您需要确保图像顶部和底部填充了

floor（M/2）

行，图像左侧和右侧填充了

floor（N/2）

列。因此，我们应该先使用pad

A

。让我们假设边界像素将被复制，这意味着填充的行和列将只是从顶行、底行或左列和右列抓取的行和列，这取决于我们需要填充的位置。因此：

Apad = padarray(A, floor([M N]/2), 'replicate');

对于下一部分，如果要选择“指定邻域”，可以使用将二维坐标转换为线性索引，以便选择正确的列以获得正确的像素块。但是，由于您有彩色图像，因此需要在每个彩色通道上执行

im2col

。不幸的是，

im2col

仅适用于灰度图像，因此您必须对图像中的每个通道重复此操作

因此，要准备进行修补程序采样，请执行以下操作：

B = arrayfun(@(x) im2col(Apad(:,:,x), [M N]), 1:size(A,3), 'uni', 0);
B = cat(3, B{:});

%// Generate linear indices
ind = sub2ind([size(A,1) size(A,2)], y, x);

%// Select neighbourhoods
%// Should be shaped as a MN x len(ind) x 3 matrix
neigh = B(:,ind,:);

%// Create cell arrays for each patch
patches = arrayfun(@(x) reshape(B(:,x,:), [M N 3]), 1:numel(ind), 'uni', 0);

上述代码将创建一个3D版本的

im2col

，其中每个3D切片将是

im2col

为每个颜色通道生成的。现在，我们可以使用

sub2ind

将

（x，y）

坐标转换为线性索引，以便选择所需的像素邻域。因此，假设您的位置存储在向量

x

和

y

中，您将执行以下操作：

B = arrayfun(@(x) im2col(Apad(:,:,x), [M N]), 1:size(A,3), 'uni', 0);
B = cat(3, B{:});

%// Generate linear indices
ind = sub2ind([size(A,1) size(A,2)], y, x);

%// Select neighbourhoods
%// Should be shaped as a MN x len(ind) x 3 matrix
neigh = B(:,ind,:);

%// Create cell arrays for each patch
patches = arrayfun(@(x) reshape(B(:,x,:), [M N 3]), 1:numel(ind), 'uni', 0);

patches

将是一个单元数组，其中每个元素在指定的

（x，y）

的每个位置都包含所需的补丁。因此，

patches{1}

将是位于

（x（1），y（1））

，

patches{2}

将是位于

（x（2），y（2））

等的补丁。为了您的复制和粘贴乐趣，我们有：

%// Define image, M and N here
%//...
%//...

Apad = padarray(A, floor([M N]/2), 'replicate');
B = arrayfun(@(x) im2col(Apad(:,:,x), [M N]), 1:size(A,3), 'uni', 0);
B = cat(3, B{:});

ind = sub2ind([size(A,1) size(A,2)], y, x);
neigh = B(:,ind,:);
patches = arrayfun(@(x) reshape(neigh(:,x,:), [M N 3]), 1:numel(ind), 'uni', 0);

---

（x，y）位置是否存储在向量中？是的。我把（x，y）作为向量，因为我喜欢你的方法，所以我做了一些测试。似乎对-循环使用

的天真方法在某种程度上击败了我们的两种解决方案！？（使用
2000-by-2000-by-3
图像并提取越来越多的
3-by-3-by-3
块。）@knedlsepp使用循环会加快某些操作。。。。我猜这次是JIT踢进来打败我们了@knedlsepp顺便说一句，谢谢：）也喜欢你的方法，
bsxfun
。我必须承认，我在几个小时前意识到，
bsxfun
部分实际上在这里没有任何作用。；-）我想我应该删除它或者以某种方式使用它…@user570593:我很想知道你的机器上是否有类似的性能结果。