拉普拉斯金字塔生成器

概述

拉普拉斯金字塔是一种图像表示方法，它由一组带通图像和一个低频残差组成。

应用范围从图像压缩到细节处理，其中输入图像被分解为表示为拉普拉斯金字塔的频带。每个频带都可以独立操作。最终图像可以通过将所有频带和低频残差相加来重建。

输入	高斯金字塔输出（可选）	拉普拉斯金字塔输出

实现

VPI 将近似的拉普拉斯金字塔实现为高斯金字塔的差分，如下所示

拉普拉斯金字塔算法高层实现

拉普拉斯金字塔的第 k 层可以通过以下公式获得

\[ L_k(I) = G_k(I) - u(G_{k+1}(I)) \]

其中

• \(I\) 是输入图像。
• \(L_k(I)\) 是拉普拉斯金字塔的第 k 层。
• \(G_k(I)\) 是高斯金字塔的第 k 层。
• \(u(\bullet)\) 是 2 倍放大操作。

该算法重复执行直到生成所有层级。

VPI 实现可以选择性地返回计算中使用的中间高斯金字塔，以防也需要这种表示。这样做不会产生性能损失。

C API 函数

有关实现该算法的限制、约束和后端列表，请查阅以下函数的参考文档

函数	描述
vpiSubmitLaplacianPyramidGenerator	从输入图像计算拉普拉斯金字塔。

用法

语言 C/C++ Python

1. 导入 VPI 模块

   import vpi

2. （可选）创建一个 4 级 VPI 金字塔，用于存储高斯金字塔副产品。它使用 VPI 图像输入来获取其尺寸和格式。

   gaussian = vpi.Pyramid(input.size, input.format, 4)

3. 返回使用 CUDA 后端从输入图像创建的 4 级拉普拉斯金字塔。它还返回相应的高斯金字塔。输入是 VPI 图像，输出是 VPI 金字塔。

   with vpi.Backend.CUDA
   output = input.laplacian_pyramid(4, out_gaussian=gaussian)

1. 初始化阶段
   1. 包含定义拉普拉斯金字塔生成器函数的头文件

      #include <vpi/algo/LaplacianPyramid.h>

   2. 定义输入图像对象

          VPIImage input = /*...*/;

   3. 使用所需的层级数（在本例中为 4）和缩放因子（固定为 0.5）创建输出金字塔

      int32_t w, h;
          vpiImageGetSize(input, &w, &h);
       
          VPIPyramid output;
          vpiPyramidCreate(w, h, VPI_IMAGE_FORMAT_F32, 4, 0.5, 0, &output);

   4. 可选地，创建与拉普拉斯金字塔输出具有相同尺寸的高斯金字塔。其图像格式必须与输入图像的格式相同

       
          VPIImageFormat type;
          vpiImageGetFormat(input, &type);
       
          VPIPyramid gaussianPyr;
          vpiPyramidCreate(w, h, type, 4, 0.5, 0, &gaussianPyr);

   5. 创建流，算法将提交到该流以执行

          VPIStream stream;
          vpiStreamCreate(0, &stream);

2. 处理阶段
   1. 将算法连同输入图像、输出金字塔和可选的高斯金字塔提交到流。该算法由 CPU 后端执行

          vpiSubmitLaplacianPyramidGenerator(stream, VPI_BACKEND_CPU, input, output, gaussianPyr, VPI_BORDER_CLAMP);

   2. （可选）等待直到处理完成

          vpiStreamSync(stream);

3. 清理阶段
   1. 释放流、输入图像、输出金字塔和可选高斯金字塔所持有的资源

          vpiStreamDestroy(stream);
          vpiImageDestroy(input);
          vpiPyramidDestroy(output);
          vpiPyramidDestroy(gaussianPyr);

有关更多信息，请参阅 VPI - 视觉编程接口 的“C API 参考”部分中的 拉普拉斯金字塔生成器。

限制和约束

CPU 和 CUDA 后端

• 输入图像和金字塔的基层必须具有相同的尺寸。
• 仅支持 scale=0.5（即，只能生成二元金字塔）。
• 如果使用高斯金字塔，则其图像必须与输入图像具有相同的格式。
• 以下图像格式被接受为输入图像
  • VPI_IMAGE_FORMAT_U8
  • VPI_IMAGE_FORMAT_U16
  • VPI_IMAGE_FORMAT_F32
• 以下图像格式被接受为输出拉普拉斯金字塔
  • VPI_IMAGE_FORMAT_S8（仅适用于 8 位输入）
  • VPI_IMAGE_FORMAT_S16（仅适用于整数输入）
  • VPI_IMAGE_FORMAT_F32
• 拉普拉斯金字塔的最粗糙层在概念上等同于高斯金字塔的最粗糙层。但是，在拉普拉斯金字塔输出格式的正动态范围小于输入格式的情况下，即输入格式为 VPI_IMAGE_FORMAT_U8，输出格式为 VPI_IMAGE_FORMAT_S8 或 U16 和 S16，最粗糙层中输出的像素值除以 2 以避免溢出。

其他后端

• 不支持。

性能

有关如何使用下表性能表的信息，请参阅 算法性能表。
在比较测量结果之前，请查阅 比较算法运行时间。
有关性能基准测试的更多信息，请参阅 性能基准。

清除过滤器 设备 Jetson AGX Orin  - 流 1 2 4 8