使用用户定义函数的卷积内核。如何处理负像素值？

Question

我已经声明了一个函数，该函数将使用任意3x3内核来计算图像的卷积。我还创建了一个脚本，该脚本将提示用户选择图像并输入他们选择的卷积内核。但是，我不知道如何处理各种内核将出现的负像素值。我如何在脚本中实现一个条件来处理这些负值？

这是我的功能：

    function y = convul(x,m,H,W)
    y=zeros(H,W);

    for i=2:(H-1)
        for j=2:(W-1)
         Z1=(x(i-1,j-1))*(m(1,1));
         Z2=(x(i-1,j))*(m(1,2));
         Z3=(x(i-1,j+1))*(m(1,3));
         Z4=(x(i,j-1))*(m(2,1));
         Z5=(x(i,j))*(m(2,2));
         Z6=(x(i,j+1))*(m(2,3));
         Z7=(x(i+1,j-1))*(m(3,1));
         Z8=(x(i+1,j))*(m(3,2));
         Z9=(x(i+1,j+1))*(m(3,3));
         y(i,j)=Z1+Z2+Z3+Z4+Z5+Z6+Z7+Z8+Z9;
        end 
    end 

这是我编写的脚本，提示用户输入图像并选择自己选择的内核：

    [file,path]=uigetfile('*.bmp');
    x = imread(fullfile(path,file));        
    x_info=imfinfo(fullfile(path,file));    

    W=x_info.Width;                 
    H=x_info.Height;                
    L=x_info.NumColormapEntries;    
    prompt='Enter a convulation kernel m: ';
    m=input(prompt)/9;
    y=convul(x,m,H,W);
    imshow(y,[0,(L-1)]);

我尝试使用卷积的绝对值，并尝试在输出图像中定位负片，但没有任何效果。

这是原始图像：

这是我使用内核[-1 -1 -1; -1 9 -1; -1 -1 -1]：

我不知道我在做什么错。

Answer 1

MATLAB在处理不同数据类型之间的操作方面非常独特。如果x是uint8（在这种情况下很可能），而m是double（在这种情况下很可能），则此操作：

Z1=(x(i-1,j-1))*(m(1,1));

返回一个uint8值，而不是一个double。 MATLAB中的算法始终采用非double参数的类型。 （而且，除非其中一种是double，否则您不能在两种不同的类型之间进行算术运算。）

MATLAB进行带饱和的整数运算。这意味着uint8(5) * -1给出0，而不是-5，因为uint8不能代表负值。

因此，您所有的Z1 .. Z9均为uint8值，负结果已设置为0。现在，您将所有这些都加法并再次饱和，得出的值为最多255。此值分配给输出（双精度）。因此，看起来您正在正确执行计算并输出一个double数组，但是您仍在以奇怪的方式限制结果。

正确的实现会将x的每个值强制转换为double，然后再乘以潜在的负数。例如：

for i = 2:H-1
   for j = 2:W-1
      s = 0;
      s = s + double(x(i-1,j-1))*m(1,1);
      s = s + double(x(i-1,j))*m(1,2);
      s = s + double(x(i-1,j+1))*m(1,3);
      s = s + double(x(i,j-1))*m(2,1);
      s = s + double(x(i,j))*m(2,2);
      s = s + double(x(i,j+1))*m(2,3);
      s = s + double(x(i+1,j-1))*m(3,1);
      s = s + double(x(i+1,j))*m(3,2);
      s = s + double(x(i+1,j+1))*m(3,3);
      y(i,j) = s;
   end 
end

（请注意，我删除了对9个不同变量的使用，我认为这更干净，并且还删除了许多不必要的括号！）

一个更简单的实现是：

for i = 2:H-1
   for j = 2:W-1
      s = double(x(i-1:i+1,j-1:j+1)) .* m;
      y(i,j) = sum(s(:));
   end 
end