double 类型的帧必须在 0 到 1 的范围内：MATLAB

Question

我有一个视频，我在 MATLAB 上为它制作了一个 Sobel 掩码。现在我必须通过for 循环读取每一帧，在视频的每一帧上应用 Sobel 掩码。这个过程是这样的：

• 第 1 步：阅读框架。
• 第 2 步：使用rgb2gray 将其转换为灰度。
• 第 3 步：将其转换为双精度。

在这里，当我尝试在生成的video.avi 文件上写入框架时应用掩码后，我收到以下错误：

"double 类型的帧必须在 0 到 1 的范围内"

我的代码有什么问题？我写的代码如下图：

vid = VideoReader('me.mp4');
frames = read(vid);
total = get(vid, 'NumberOfFrames');
write = VideoWriter('me.avi');
open(write);
mask1 = [-1 -2 -1; 0 0 0; 1 2 1]; % Horizontal mask
mask2 = [-1 0 1; -2 0 2; -1 0 1]; %Vertical Mask
for k = 1 : 125
    image = frames(:,:,:,k);
    obj = image;
    obj1 = rgb2gray(obj);
    obj2=double(obj1);
    for row = 2 : size(obj2, 1) - 1
        for col = 2 : size(obj2, 2) - 1
            c1 = obj2(row - 1, col - 1) * mask1(1 ,1);
            c2 = obj2(row - 1, col) * mask1(1 ,2);
            c3 = obj2(row - 1, col + 1) * mask1(1 ,3);
            c4 = obj2(row, col - 1)*mask1(2, 1);
            c5 = obj2(row, col)*mask1(2, 2);
            c6 = obj2(row, col + 1)*mask1(2, 3);
            c7 = obj2(row + 1, col - 1)*mask1(3,1);
            c8 = obj2(row + 1, col)*mask1(3,2);
            c9 = obj2(row + 1, col + 1)*mask1(3,3);
            c11 = obj2(row - 1, col - 1)*mask2(1 , 1);
            c22 = obj2(row, col - 1)*mask2(2, 1);
            c33 = obj2(row + 1, col - 1)*mask2(3, 1);
            c44 = obj2(row -1, col)*mask2(1, 2);
            c55 = obj2(row, col)*mask2(2 , 2);
            c66 = obj2(row +1, col)*mask2(2 , 3);
            c77 = obj2(row - 1, col + 1)*mask2(1 , 3);
            c88 = obj2(row, col +1)*mask2(2 , 3);
            c99 = obj2(row + 1, col + 1)*mask2(3 , 3);
            result = c1 + c2 + c3 +c4 +c5+ c6+ c7+ c8 +c9;
            result2 = c11 + c22 + c33 + c44 + c55 + c66 + c77 + c88 + c99;
            %result = double(result);
            %result2 = double(result2);
            rim1(row, col) = ((result^2+result2^2) *1/2);
            rim2(row, col) = atan(result/result2);
        end
    end
    writeVideo(write, rim2); %This line has the problem with rim2 as rim2 is the frame i'm trying to write on the video file.
end
close(write);

Answer 1

双for 循环中的rim2 行正在使用atan，它将生成正负值——从-pi/2 到+pi/2。 rim2 的值应仅介于 [0,1] 之间。我无法弄清楚您到底在做什么，但看起来您正在计算每个像素位置的幅度和梯度角。如果要计算量级，则必须取结果的平方根，而不是简单地乘以1/2。梯度的计算（……甚至是整个Sobel滤波器的计算……）很有趣。

我只是假设这适用于您的目的，所以我不确定如何更改 rim2 的输出以进行合适的显示，但也许您可以在编写视频之前将其缩放到 [0,1] 的范围所以在这个范围内。

在你编写框架之前，这样的事情会起作用：

rim2 = (rim2 - min(rim2(:))) / (max(rim2(:)) - min(rim2(:)));
writeVideo(write, rim2);

以上是您在实践中看到的典型最小-最大归一化。具体来说，以上将确保每帧最小值为0，最大值为1。如果您想在所有帧上保持一致，只需添加pi/2，然后除以pi。这假设最小值为 -1，最大值为 +1在所有帧中。

rim2 = (rim2 + pi/2) / pi;
writeVideo(write, rim2);

---

但是，我怀疑您想将幅度写入文件，而不是角度。因此，将视频写入替换为rim1作为要写入的帧，而不是rim2，然后进行规范化。确保你的梯度计算是正确的：

rim1(row, col) = ((result^2+result2^2)^(1/2));
% or use sqrt:
% rim1(row, col) = sqrt(result^2 + result2^2);

现在写入文件：

rim1 = (rim1 - min(rim1(:))) / (max(rim1(:)) - min(rim1(:)));
writeVideo(write, rim1);

---

但是，如果我能提供一种效率的方法，请不要使用for 循环来计算梯度和角度。使用conv2 并确保使用图像处理工具箱中的'same' 标志或imfilter 为您执行过滤，然后计算梯度和角度矢量化。此外，转换为灰度并在主循环中一次性投射您的帧。我假设您拥有图像处理工具箱和计算机视觉工具箱（您拥有这个，因为您使用的是VideoWriter 对象）以及图像处理工具箱是大多数人所拥有的：

vid = VideoReader('me.mp4');
frames = read(vid);
total = get(vid, 'NumberOfFrames');
write = VideoWriter('me.avi');
open(write);
mask1 = [-1 -2 -1; 0 0 0; 1 2 1]; % Horizontal mask
mask2 = [-1 0 1; -2 0 2; -1 0 1]; %Vertical Mask
for k = 1 : 125
    obj2 = double(rgb2gray(frames(:,:,:,k))); % New
    grad1 = imfilter(obj2, mask1); % New
    grad2 = imfilter(obj2, mask2); % New
    rim1 = sqrt(grad1.^2 + grad2.^2); % New
    rim2 = atan2(grad1, grad2); % New

    % Normalize
    rim2 = (rim2 - min(rim2(:))) / (max(rim2(:)) - min(rim2(:)));
    writeVideo(write, rim2); 
end
close(write);

Answer 2

rim2 末尾有[-pi/2, pi/2] 范围，这与期望 [0,1] 范围的写入函数不兼容。 使用mat2gray 函数将其转换为[0,1] 范围，即

writeVideo(write, mat2gray(rim2));

然后您的代码将按预期工作（在我的机器上确认）。

顺便说一句，这不会影响您的代码，但大概您打算执行im2double(A) 而不是double(A)。前者在 [0,1] 范围内生成“正确”的灰度图像，而后者只是将 [0,255] 范围内的 uint8 图像转换为 double 格式（即 [0.0, 255.0]）。