【42】【OpenCV C++】 计算图像某一列像素方差 或 某一行像素的方差；

项目要求：

• C++ OPenCV 中 图像img ,
• 当 string ROIdirection =“H”时，代表横向线条，则在图像宽度的一半处取一列像素，计算方差；
• 当 string ROIdirection =“V”时，代表竖向线条，则在图像高度的一半处取一行像素，计算方差；

要求写一个独立的函数实现该功能，计算的方差有入口参数带出来；

1 要使用到的函数 和 原理

1.1 cv::meanStdDev 函数详解——计算均值和标准差

OpenCV的cv::meanStdDev函数用于同时计算输入矩阵的均值和标准差。函数定义如下：

void cv::meanStdDev(InputArray src, OutputArray mean, OutputArray stddev, InputArray mask=noArray());

参数：

• src：输入数组，必须是单通道或多通道的图像。
• mean：输出参数，返回各个通道的均值。
• stddev：输出参数，返回各个通道的标准差。
• mask：可选的操作掩码，用于指定需要计算的区域。如果不提供，默认计算整个图像。

功能：

• meanStdDev计算输入矩阵src的均值和标准差。均值是数据的平均值，标准差是数据偏离均值的程度。

代码示例及详细解释

假设我们有一个一维矩阵linePixels1D，我们可以使用meanStdDev函数来计算它的均值和标准差。具体代码如下：

cv::Scalar mean, stddev;
cv::meanStdDev(linePixels1D, mean, stddev);

• linePixels1D：输入矩阵，这里是一维的像素值数组。
• mean：输出参数，存储均值结果。
• stddev：输出参数，存储标准差结果。

例子详细解释：
假设linePixels1D包含以下像素值：

[100, 150, 200, 250, 150, 100, 200, 250]

执行cv::meanStdDev后，计算过程如下：

然后计算这些偏差平方的平均值：
（5625 + 625 + 625 + 5625 + 625 + 5625 + 625 + 5625）/8 = 3593.75；
最后计算标准差（方差的平方根）：
sqrt{3593.75} = 59.94；

3.函数结果：

• mean[0] 将包含均值：175
• stddev[0] 将包含标准差：59.94

1 .2 方差的通俗解释

方差是一个统计学概念，用于衡量一组数据的分散程度。通俗地讲，方差告诉我们数据点离平均值有多远。理解方差可以帮助我们了解数据的波动情况。

举例说明：
假设我们有两组学生的考试成绩：

组A：90, 91, 89, 92, 88
组B：60, 95, 85, 70, 100

这两组的平均分可能相同或相近，但数据的分散情况不同。组A的成绩比较集中，组B的成绩波动较大。

计算步骤：

结果解读：

• 组A的方差为2，组B的方差为226。说明组A的成绩比较集中，而组B的成绩波动较大。
• 方差越大，数据分布越分散。方差越小，数据越集中。

方差的通俗意义

• 方差提供了一种量化数据分散程度的方法。
• 在实际应用中，方差可以帮助我们理解和比较不同数据集的稳定性。例如，在股票市场中，较大的方差意味着股票价格波动较大，风险较高；较小的方差意味着价格波动较小，风险较低。

2 代码实现

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>// 计算图像指定方向的像素方差
void calculateVariance(const cv::Mat& img, const std::string& ROIdirection, double& variance) {// 检查图像是否为空if (img.empty()) {std::cerr << "错误: 图像为空！" << std::endl;return;}// 检查方向参数是否有效if (ROIdirection != "H" && ROIdirection != "V") {std::cerr << "错误: 无效的ROIdirection！请使用 'H' 或 'V'。" << std::endl;return;}// 用于存储提取的像素线条cv::Mat linePixels;if (ROIdirection == "H") {// 如果是水平方向，在图像一半宽度处取一列像素int colIndex = img.cols / 2;linePixels = img.col(colIndex);} else if (ROIdirection == "V") {// 如果是垂直方向，在图像一半高度处取一行像素int rowIndex = img.rows / 2;linePixels = img.row(rowIndex);}// 将像素线条转换为一维数组以便计算方差cv::Mat linePixels1D = linePixels.reshape(1, linePixels.total());// 计算均值和标准差cv::Scalar mean, stddev;cv::meanStdDev(linePixels1D, mean, stddev);// 方差是标准差的平方variance = stddev[0] * stddev[0];
}int main() {// 加载示例图像（为了简单起见，使用灰度模式）cv::Mat img = cv::imread("path_to_image.jpg", cv::IMREAD_GRAYSCALE);if (img.empty()) {std::cerr << "错误: 无法加载图像！" << std::endl;return -1;}// 计算图像一半宽度处列像素的方差double varianceH = 0.0;calculateVariance(img, "H", varianceH);std::cout << "图像一半宽度处列像素的方差: " << varianceH << std::endl;// 计算图像一半高度处行像素的方差double varianceV = 0.0;calculateVariance(img, "V", varianceV);std::cout << "图像一半高度处行像素的方差: " << varianceV << std::endl;return 0;
}

3 问题

3.1 入口参数const cv::Mat& img 和 const cv::Mat img区别

• const cv::Mat& img：传递的是图像的引用，不会复制图像数据，只是创建一个对原图像的引用。这在处理大图像时更加高效，因为避免了不必要的数据复制。
• const cv::Mat img：传递的是图像的副本，函数内部将持有图像数据的一个拷贝。这会导致额外的内存开销和时间消耗，尤其是在图像很大的时候。