在Python中为图像中的每个像素选择7*7相邻像素的最快方法

Question

需要将图像读取为数组，并对每个像素选择7*7相邻像素，然后对其进行整形，并将其作为第一行训练集：

  import numpy as np
  from scipy import misc
  face1=misc.imread('face1.jpg') 

face1维数是(288, 352, 3)，需要为每个像素找到7*7相邻像素，所以49*3颜色然后将其重塑为(1,147)数组，并将其叠加为所有像素的数组，我采取了以下方法：

X_training=np.zeros([1,147] ,dtype=np.uint8)
for i in range(3, face1.shape[0]-3):
    for j in range(3, face1.shape[1]-3):
        block=face1[i-3:i+4,j-3:j+4]
        pxl=np.reshape(block,(1,147))
        X_training=np.vstack((pxl,X_training))

生成的X_training形状为(97572, 147)

由于最后一行包含所有零，所以：

a = len(X_training)-1
X_training = X_training[:a]

上面的代码对一张图片很好，但是使用Wall time: 5min 19s我有2000张图像，所以需要很长时间才能完成所有的图像。我正在寻找一个更快的方法来迭代每一个像素，并完成上述任务。

编辑：

这就是我所说的相邻像素，对于每一个像素face1[i-3 : i+4 ,j-3:j+4]

Answer 1

一种有效的方法是使用stride_tricks在图像上创建一个2d滚动窗口，然后将其压平：

import numpy as np

face1 = np.arange(288*352*3).reshape(288, 352, 3)  # toy data

n = 7  # neighborhood size

h, w, d = face1.shape
s = face1.strides

tmp = np.lib.stride_tricks.as_strided(face1, strides=s[:2] + s,
                                      shape=(h - n + 1, w - n + 1, n, n, d))
X_training = tmp.reshape(-1, n**2 * d)
X_training = X_training[::-1]  # to get the rows into same order as in the question

tmp是进入图像的5D视图，其中tmp[x, y, :, :, c]等价于彩色通道c中的邻接face1[x:x+n, y:y+n, c]。

Answer 2

以下是我的笔记本电脑上的< 1s：

import scipy as sp
im = sp.rand(300, 300, 3)

size = 3
ij = sp.meshgrid(range(size, im.shape[0]-size), range(size, im.shape[1]-size))
i = ij[0].T.flatten()
j = ij[1].T.flatten()

N = len(i)
L = (2*size + 1)**2
X_training = sp.empty(shape=[N, 3*L])

for pixel in range(N):
    si = (slice(i[pixel]-size, i[pixel]+size+1))
    sj = (slice(j[pixel]-size, j[pixel]+size+1))
    X_training[pixel, :] = im[si, sj, :].flatten()

X_training = X_training[-1::-1, :]

当我想不出一行矢量化的版本时，我总是有点难过，但至少对你来说更快。

Answer 3

使用scikit-图像：

import numpy as np
from skimage import util

image = np.random.random((288, 352, 3))
windows = util.view_as_windows(image, (7, 7, 3))

out = windows.reshape(-1, 7 * 7 * 3)