可分離卷積的運算量比較與分析(一維、二維卷積)

1、一維卷積和二維可分離卷積

對於高斯平滑二維卷積濾波器,可以將其分解爲兩次一維卷積,這兩種方案在運算量上有明顯的差別。

設濾波函數爲:
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對圖像𝑓(𝑥, 𝑦)與ℎ(𝑥, 𝑦)進行卷積與運算,記邊界索引𝑎 = (𝑛 − 1)/2,即:
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2、運算量分析

對於單純的一個像素點來說,採用二維卷積和分解方法,其實運算量差別不大。但是對於整幅圖像來說,分解方法中可以實現一些乘法結果的複用,這就可以降低乘法的運算量了。

2.1 直接進行二維卷積

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如果對卷積之前根據卷積核的大小對圖像邊界進行補零,卷積前後圖像大小不變,因而可以直接得到約等號後面的結果(如下圖所示)。
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2.2 兩次一維卷積

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3、關於減少運算量的解釋

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相比於直接使用二維卷積,雖然當卷積函數具有一定對稱性時,也具有簡化的空間,但是一般而言,直接進行二維卷積是無法進行計算值複用的,這使得二維可分離卷積分離後的運算量更小。

參考文獻
[1]姜杭毅, 蔡元龍. 二維可分解算子對圖象的卷積運算[J]. 電信科學, 1988(07):34-37.

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