奇技淫巧:只用numpy ufunc实现图片二值化

本文探讨如何使用numpy的ufunc函数优化图片二值化的效率,通过位运算和逻辑运算替代传统遍历方法,减少资源开销。虽然最终结果表明numpy内建方法和opencv更快,但该方法展示了利用底层原理提升Python代码性能的可能性。

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图片二值化的逻辑是这样的:
(伪python代码)

forin 灰度图片:
  if.灰度 < 限度:= 黑点
  else:= 白点

要想二值化一个图片,按照正常的脑回路,我就要将上述逻辑转换为代码:将图片转为numpy array,然后遍历每个点,灰度小于限度的,灰度变为0,灰度大于限度的,灰度变为255。

然而,众所周知,对一整个图片这么大的array,遍历的资源开销很大。
而在numpy中,有一类函数叫做ufunc,这类函数会对数组中的全部元素进行同一操作。多个数据,同一操作,这不就是CPU的各种SIMD指令集干的事吗!numpy没理由不用这些指令集优化ufunc。因此我猜测,用ufunc代替遍历,就可节省资源开销。

那么问题来了:怎么把遍历改成ufunc?这堆ufunc似乎都不带条件判断啊?
好在虽然ufunc都不提供条件判断,但是有的ufunc存在“逻辑层面的条件判断”:比如floor(向下取整)这个函数。
虽然floor的实现不一定用了条件判断,但是它可以表示下面的逻辑:

for 一个整数 in 全体整数:
  if 数字 >= 一个整数 and 数字 < 一个整数+1:
    return 一个整数

因此,我们只要用一些奇妙的转换将大小的判断转化成floor内部的逻辑判断,就可用ufunc代替条件遍历。

上代码:

#img:一张灰度图片对应的numpy array
#threshold:灰度限度
def binarray(</
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