opencv入门到精通——OpenCV4.1.2之性能衡量与优化方法

目录

目标

使用OpenCV衡量性能

OpenCV中的默认优化

在IPython中衡量性能

更多IPython魔术命令

性能优化技术

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目标

在图像处理中，由于每秒要处理大量操作，因此必须使代码不仅提供正确的解决方案，而且还必须以最快的方式提供。因此，在本章中，你将学习

• 衡量代码的性能。

• 一些提高代码性能的技巧。

• 你将看到以下功能：cv.getTickCount，cv.getTickFrequency等。

除了OpenCV，Python还提供了一个模块time，这有助于衡量执行时间。另一个模块profile有助于获取有关代码的详细报告，例如代码中每个函数花费了多少时间，调用了函数的次数等。但是，如果你使用的是IPython，则所有这些功能都集成在用户友好的界面中方式。我们将看到一些重要的信息，有关更多详细信息，请查看“?其他资源”部分中的链接。

使用OpenCV衡量性能

cv.getTickCount函数返回从参考事件（如打开机器的那一刻）到调用此函数那一刻之间的时钟周期数。因此，如果在函数执行之前和之后调用它，则会获得用于执行函数的时钟周期数。

cv.getTickFrequency函数返回时钟周期的频率或每秒的时钟周期数。因此，要找到执行时间（以秒为单位），你可以执行以下操作：

e1?=?cv.getTickCount()
#?你的执行代码
e2?=?cv.getTickCount()
time?=?(e2?-?e1)/?cv.getTickFrequency()

我们将通过以下示例进行演示。下面的示例应用中位数过滤，其内核的奇数范围为5到49。（不必担心结果会是什么样，这不是我们的目标）：

img1?=?cv.imread('messi5.jpg')
e1?=?cv.getTickCount()
for?i?in?range(5,49,2):
????img1?=?cv.medianBlur(img1,i)
e2?=?cv.getTickCount()
t?=?(e2?-?e1)/cv.getTickFrequency()
print(?t?)
#?我得到的结果是0.521107655秒

注意
你可以使用时间模块执行相同的操作。代替cv.getTickCount，使用time.time()函数。然后取两次相差。

OpenCV中的默认优化

许多 OpenCV 函数都是使用 SSE2、 AVX 等进行优化的。它还包含未优化的代码。因此，如果我们的系统支持这些特性，我们就应该利用它们(几乎所有现代的处理器都支持它们)。在编译时默认启用它。因此，如果启用了 OpenCV，它将运行优化的代码，否则它将运行未优化的代码。你可以使用?cvUseoptimized?检查是否启用 / 禁用和?cvSetuseoptimized?以启用 / 禁用它。让我们看一个简单的例子。

＃检查是否启用了优化

#?检查是否启用了优化
In?[5]:?cv.useOptimized()
Out[5]:?True
In?[6]:?%timeit?res?=?cv.medianBlur(img,49)
10?loops,?best?of?3:?34.9?ms?per?loop
#?关闭它
In?[7]:?cv.setUseOptimized(False)
In?[8]:?cv.useOptimized()
Out[8]:?False
In?[9]:?%timeit?res?=?cv.medianBlur(img,49)
10?loops,?best?of?3:?64.1?ms?per?loop

看，优化的中值滤波比未优化的版本快2倍。如果你检查其来源，你可以看到中值滤波是 SIMD 优化。因此，你可以使用它在代码顶部启用优化(请记住，它是默认启用的)

在IPython中衡量性能

有时你可能需要比较两个类似操作的性能。IPython为你提供了一个神奇的命令计时器来执行此操作。它会多次运行代码以获得更准确的结果。同样，它们适用于测量单行代码。

例如，你知道以下哪个加法运算更好，x = 5; y = x**2, x = 5; y = x*x, x = np.uint8([5]); y = x*x或y = np.square(x)?我们将在IPython shell中使用timeit得到答案。

In?[10]:?x?=?5

In?[11]:?%timeit?y=x**2
10000000?loops,?best?of?3:?73?ns?per?loop

In?[12]:?%timeit?y=x*x
10000000?loops,?best?of?3:?58.3?ns?per?loop

In?[15]:?z?=?np.uint8([5])

In?[17]:?%timeit?y=z*z
1000000?loops,?best?of?3:?1.25?us?per?loop

In?[19]:?%timeit?y=np.square(z)
1000000?loops,?best?of?3:?1.16?us?per?loop

你可以看到x = 5; y = x * x最快，比Numpy快20倍左右。如果你还考虑阵列的创建，它可能会快100倍。酷吧？（大量开发人员正在研究此问题）

注意
Python标量操作比Numpy标量操作快。因此，对于包含一两个元素的运算，Python标量比Numpy数组好。当数组大小稍大时，Numpy会占优势。

我们将再尝试一个示例。这次，我们将比较cv.countNonZero和np.count_nonzero对于同一张图片的性能。

In?[35]:?%timeit?z?=?cv.countNonZero(img)
100000?loops,?best?of?3:?15.8?us?per?loop
In?[36]:?%timeit?z?=?np.count_nonzero(img)
1000?loops,?best?of?3:?370?us?per?loop

看，OpenCV 函数比 Numpy 函数快近25倍。

注意
通常，OpenCV函数比Numpy函数要快。因此，对于相同的操作，首选OpenCV功能。但是，可能会有例外，尤其是当Numpy处理视图而不是副本时。

更多IPython魔术命令

还有其他一些魔术命令可以用来测量性能，性能分析，行性能分析，内存测量等。它们都有很好的文档记录。因此，此处仅提供指向这些文档的链接。建议有兴趣的读者尝试一下。

性能优化技术

有几种技术和编码方法可以充分利用 Python 和 Numpy 的最大性能。这里只注明相关信息，并提供重要信息来源的链接。这里要注意的主要事情是，首先尝试以一种简单的方式实现算法。一旦它运行起来，分析它，找到瓶颈并优化它们。

1.尽量避免在Python中使用循环，尤其是双/三重循环等。它们本来就很慢。

2.由于Numpy和OpenCV已针对向量运算进行了优化，因此将算法/代码向量化到最大程度。

3.利用缓存一致性。

4.除非需要，否则切勿创建数组的副本。尝试改用视图。数组复制是一项昂贵的操作。

即使执行了所有这些操作后，如果你的代码仍然很慢，或者不可避免地需要使用大循环，请使用Cython等其他库来使其更快。