在OpenCV中图像边界扩展 copyMakeBorder 的实现

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

/*

Various border types, image boundaries are denoted with '|'



* BORDER_REPLICATE: aaaaaa|abcdefgh|hhhhhhh

* BORDER_REFLECT: fedcba|abcdefgh|hgfedcb

* BORDER_REFLECT_101: gfedcb|abcdefgh|gfedcba

* BORDER_WRAP: cdefgh|abcdefgh|abcdefg

* BORDER_CONSTANT: iiiiii|abcdefgh|iiiiiii with some specified 'i'

*/

int cv::borderInterpolate( int p, int len, int borderType ) // p是扩展边界的位置，len是原图宽度

{

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。

;

else if( borderType == BORDER_REPLICATE ) // 重复类型，每次对应原图的位置是0或len-1

p = p < 0 ? 0 : len - 1;

else if( borderType == BORDER_REFLECT || borderType == BORDER_REFLECT_101 ) // 反射/映射

{

int delta = borderType == BORDER_REFLECT_101;

if( len == 1 )

return 0;

do

{

if( p < 0 ) // 反射：左边界或101：右边界

p = -p - 1 + delta;

else

p = len - 1 - (p - len) - delta;

}

while( (unsigned)p >= (unsigned)len );

}

else if( borderType == BORDER_WRAP ) // 包装

{

if( p < 0 ) // 左边界

p -= ((p-len+1)/len)*len;

if( p >= len ) // 右边界

p %= len;

}

else if( borderType == BORDER_CONSTANT ) // 常量，另外处理

p = -1;

else

CV_Error( CV_StsBadArg, "Unknown/unsupported border type" );

return p;

}

非常量类型边界扩展：

[cpp] view
plaincopy

static void copyMakeBorder_8u( const uchar* src, size_t srcstep, Size srcroi, // 原图 参数：数据，step，大小

uchar* dst, size_t dststep, Size dstroi, // 目的图像参数

int top, int left, int cn, int borderType )

{

const int isz = (int)sizeof(int);

int i, j, k, elemSize = 1;

bool intMode = false;



if( (cn | srcstep | dststep | (size_t)src | (size_t)dst) % isz == 0 )

{

cn /= isz;

elemSize = isz;

intMode = true;

}



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

int* tab = _tab;

int right = dstroi.width - srcroi.width - left;

int bottom = dstroi.height - srcroi.height - top;



for( i = 0; i < left; i++ ) // 左边界

{

j = borderInterpolate(i - left, srcroi.width, borderType)*cn; // 计算出原图中对应的位置

for( k = 0; k < cn; k++ ) // 每个通道的处理

tab[i*cn + k] = j + k;

}



for( i = 0; i < right; i++ ) // 右边界

{

j = borderInterpolate(srcroi.width + i, srcroi.width, borderType)*cn;

for( k = 0; k < cn; k++ )

tab[(i+left)*cn + k] = j + k;

}



srcroi.width *= cn;

dstroi.width *= cn;

left *= cn;

right *= cn;



uchar* dstInner = dst + dststep*top + left*elemSize;



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

{

if( dstInner != src )

memcpy(dstInner, src, srcroi.width*elemSize);



if( intMode )

{

const int* isrc = (int*)src;

int* idstInner = (int*)dstInner;

for( j = 0; j < left; j++ )

idstInner[j - left] = isrc[tab[j]];

for( j = 0; j < right; j++ )

idstInner[j + srcroi.width] = isrc[tab[j + left]];

}

else

{

for( j = 0; j < left; j++ )

dstInner[j - left] = src[tab[j]];

for( j = 0; j < right; j++ )

dstInner[j + srcroi.width] = src[tab[j + left]];

}

}



dstroi.width *= elemSize;

dst += dststep*top;



for( i = 0; i < top; i++ ) // 上边界

{

j = borderInterpolate(i - top, srcroi.height, borderType);

memcpy(dst + (i - top)*dststep, dst + j*dststep, dstroi.width); // 进行整行的复制

}



for( i = 0; i < bottom; i++ ) // 先边界

{

j = borderInterpolate(i + srcroi.height, srcroi.height, borderType);

memcpy(dst + (i + srcroi.height)*dststep, dst + j*dststep, dstroi.width); // 进行整行的复制

}

}

常量类型的扩展就更简单了：

[cpp] view
plaincopy

static void copyMakeConstBorder_8u( const uchar* src, size_t srcstep, Size srcroi,

uchar* dst, size_t dststep, Size dstroi,

int top, int left, int cn, const uchar* value )

{

int i, j;

AutoBuffer<uchar> _constBuf(dstroi.width*cn);

uchar* constBuf = _constBuf;

int right = dstroi.width - srcroi.width - left;

int bottom = dstroi.height - srcroi.height - top;



for( i = 0; i < dstroi.width; i++ ) // 初始化 常量buf的值

{

for( j = 0; j < cn; j++ )

constBuf[i*cn + j] = value[j];

}



srcroi.width *= cn;

dstroi.width *= cn;

left *= cn;

right *= cn;



uchar* dstInner = dst + dststep*top + left;



for( i = 0; i < srcroi.height; i++, dstInner += dststep, src += srcstep ) // 复制原图数据和扩展左右边界

{

if( dstInner != src )

memcpy( dstInner, src, srcroi.width );

memcpy( dstInner - left, constBuf, left );

memcpy( dstInner + srcroi.width, constBuf, right );

}



dst += dststep*top;



for( i = 0; i < top; i++ )

memcpy(dst + (i - top)*dststep, constBuf, dstroi.width); // 扩展上边界



for( i = 0; i < bottom; i++ ) // 扩展下边界

memcpy(dst + (i + srcroi.height)*dststep, constBuf, dstroi.width);

}

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。