2D 卷积操作

2D 卷积操作是图像处理和计算机视觉中的一项关键技术，广泛应用于图像滤波、特征提取等场景。本题目要求参与者实现一个2D卷积函数，用于计算输入矩阵与卷积核的卷积结果。

此题可参照第四章 矩阵与卷积算法中的卷积算法

题目要求

• 实现 convolution2D 函数，计算输入矩阵与卷积核的卷积。
• 函数定义：

  void convolution2D(int input[5][5], int kernel[3][3], int output[3][3], int inputSize, int kernelSize);
  

示例

• 输入矩阵：

  1 2 3 4 5
  6 7 8 9 10
  11 12 13 14 15
  16 17 18 19 20
  21 22 23 24 25
  

• 卷积核：

  1 0 -1
  0 -1 0
  -1 0 1
  

• 调用 convolution2D(input, kernel, output, 5, 3) 后，输出矩阵应为：

  -6 -6 -6
  -6 -6 -6
  -6 -6 -6
  

输入

• 输入矩阵和卷积核矩阵，以逗号分隔的数值表示，例如：

  输入矩阵：1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25
  卷积核矩阵：1,0,-1,1,0,-1,1,0,-1
  

输出

• 打印卷积后的矩阵，例如：

  Result:
  -6 -6 -6
  -6 -6 -6
  -6 -6 -6
  

代码介绍

1. convolution.c 文件包含 convolution2D 函数的实现，但当前代码仅完成了初始化输出矩阵和卷积核半径的计算，卷积运算尚未实现。

2. main.c 文件包含主函数，用于解析命令行参数，调用 convolution2D 函数，并打印卷积结果。

详细提示信息

• convolution2D 函数实现：

  • 计算卷积核半径 kernelRadius。
  • 初始化输出矩阵 output 为全零。
  • 通过嵌套循环遍历输入矩阵的每个元素，应用卷积核进行卷积运算。

• main 函数解析：

  • 检查命令行参数数量。
  • 使用 parseMatrix 函数解析输入矩阵和卷积核。
  • 调用 convolution2D 函数执行卷积运算。
  • 打印卷积结果。

• parseMatrix 函数：

  • 使用 strtok 函数解析字符串，将数值转换为整数并填充到矩阵中。

注意事项

• 确保 convolution2D 函数正确实现卷积运算逻辑。
• 注意卷积核中心与输入矩阵对应位置的对齐方式。
• 考虑边界条件，确保卷积核不会超出输入矩阵边界。
• 避免内存泄漏，合理分配和释放内存。
• 参与者需要根据题目要求，完成 convolution2D 函数的实现，确保卷积运算的正确性。同时，注意代码的健壮性和内存管理。通过解析命令行参数和打印结果，展示卷积运算的实际效果