如何在C＃中加速我的颜色阈值

Question

我正在根据颜色跟踪对象，我正在使用Emgucv库来将我的彩色图像阈值阈值，到二进制黑白图像。阈值本身非常快，在320x240图像上为50ms。我正在使用RG色度颜色空间，因此有必要计算。

现在我正在尝试使用指针加速它，但结果与我对Emgucv的所作所非常相似（每张图片约为50毫秒）。

我想问一下，如果有一些专家可以帮助我，我做错了什么。这是我的颜色阈值实现的短代码片段。它基于这个 http://www.bobpowell.net/onebit.htm

public static Bitmap ThresholdRGChroma(Bitmap original, double angleMin,
            double angleMax, double satMin, double satMax)
{
    Bitmap bimg = new Bitmap(original.Width, original.Height, PixelFormat.Format1bppIndexed);

    BitmapData imgData = original.LockBits(new Rectangle(0, 0, original.Width, original.Height), ImageLockMode.ReadOnly, original.PixelFormat);
    BitmapData bimgData = bimg.LockBits(new Rectangle(0, 0, bimg.Width, bimg.Height), ImageLockMode.ReadWrite, bimg.PixelFormat);

    int pixelSize = 3;

    double r, g, angle, sat;

    unsafe
    {
        byte* R, G, B;
        byte* row;
        int RGBSum;

        for (int y = original.Height - 1; y >= 0; y--)
        {
            row = (byte*)imgData.Scan0 + (y * imgData.Stride);

            for (int x = original.Width - 1; x >= 0; x--)
            {
                // get rgb values
                B = &row[x * pixelSize];
                G = &row[x * pixelSize + 1];
                R = &row[x * pixelSize + 2];

                RGBSum = *R + *G + *B;

                if (RGBSum == 0)
                {
                    SetIndexedPixel(x, y, bimgData, false);
                    continue;
                }

                //calculate r ang g for rg chroma color space
                r = (double)*R / RGBSum;
                g = (double)*G / RGBSum;

                //and angle and saturation
                angle = GetAngleRad(r, g) * (180.0 / Math.PI);
                sat = Math.Sqrt(Math.Pow(g, 2) + Math.Pow(r, 2));

                //conditions to set pixel black or white
                if ((angle >= angleMin && angle <= angleMax) && (sat >= satMin && sat <= satMax))
                    SetIndexedPixel(x, y, bimgData, true);
                else
                    SetIndexedPixel(x, y, bimgData, false);
            }

        }
    }

    bimg.UnlockBits(bimgData);
    original.UnlockBits(imgData);

    return bimg;
}

private unsafe static void SetIndexedPixel(int x, int y, BitmapData bmd, bool pixel)
{
    int index = y * bmd.Stride + (x >> 3);
    byte* p = (byte*)bmd.Scan0.ToPointer();
    byte mask = (byte)(0x80 >> (x & 0x7));

    if (pixel)
        p[index] |= mask;
    else
        p[index] &= (byte)(mask ^ 0xff);
}

private static double GetAngleRad(double x, double y)
{
    if (x - _rgChromaOriginX == 0)
        return 0.0;
    double angle = Math.Atan((y - _rgChromaOriginY) / (x - _rgChromaOriginX)); // 10ms

    if (x < _rgChromaOriginX && y > _rgChromaOriginY)
        angle = angle + Math.PI;
    else if (x < _rgChromaOriginX && y < _rgChromaOriginY)
        angle = angle + Math.PI;
    else if (x > _rgChromaOriginX && y < _rgChromaOriginY)
        angle = angle + 2 * Math.PI;

    return angle;
}

.

Answer 1

您为每个像素做了很多不必要的数学，只计算确切值以检查它们是否在某些限制内。您可以通过预先计算对限制的一些调整来简化比较。

最简单的替换是为了饱和度。你正在做一个平方根，你可以通过平衡限制来避免。

double satMin2 = satMin*satMin;
double satMax2 = satMax*satMax;
// ...
sat2 = g*g + r*r;

//conditions to set pixel black or white
if ((angle >= angleMin && angle <= angleMax) && (sat2 >= satMin2 && sat <= satMax2))

.

可以与角度一起使用类似的技巧。而不是用math.atan计算角度，而不是计算这些限制等于你的r和g范围的范围。

Answer 2

我不确定，如果它会更快。但是在这里

Answer 3

对于完整性，这里是RG色度颜色空间中的阈值映像的修改版本，它比我问题中的版本快2倍。

public static Bitmap ThresholdRGChroma(Bitmap original, Rectangle roi, double angle,
            double width, double satMin, double satMax)
        {
            Bitmap bimg = new Bitmap(original.Width, original.Height, PixelFormat.Format1bppIndexed);


        BitmapData imgData = original.LockBits(new Rectangle(0, 0, original.Width, original.Height), ImageLockMode.ReadOnly, original.PixelFormat);
        BitmapData bimgData = bimg.LockBits(new Rectangle(0, 0, bimg.Width, bimg.Height), ImageLockMode.ReadWrite, bimg.PixelFormat);

        int pixelSize = 3;

        double r, g, sat, m;

        double satMin2 = satMin * satMin;
        double satMax2 = satMax * satMax;

        double cr = Math.Sin((2 * Math.PI * angle) / 360.0);
        double cg = Math.Cos((2 * Math.PI * angle) / 360.0);

        // Instead of (Math.Cos(2 * width / 180.0) + 1) / 2.0 I'm using pre-calculated <1; 0> values.
        double w2 = -width;

        unsafe
        {
            byte* R, G, B;
            byte* row;
            int RGBSum;

            for (int y = original.Height - 1; y >= 0; y--)
            {
                row = (byte*)imgData.Scan0 + (y * imgData.Stride);

                for (int x = original.Width - 1; x >= 0; x--)
                {
                    B = &row[x * pixelSize];
                    G = &row[x * pixelSize + 1];
                    R = &row[x * pixelSize + 2];

                    RGBSum = *R + *G + *B;

                    if (RGBSum == 0)
                    {
                        SetIndexedPixel(x, y, bimgData, false);
                        continue;
                    }

                    r = (double)*R / RGBSum - _rgChromaOriginX;
                    g = (double)*G / RGBSum - _rgChromaOriginY;

                    m = cr * r + cg * g;
                    sat = r * r + g * g;

                    if (m > 0 && m * m > w2 * w2 * sat && sat >= satMin2 && sat <= satMax2)
                        SetIndexedPixel(x, y, bimgData, true);
                    else
                        SetIndexedPixel(x, y, bimgData, false);
                }
            }
        }

        bimg.UnlockBits(bimgData);
        original.UnlockBits(imgData);

        return bimg;
    }