# 性能基准报告

> 生成时间：2026-08-24 | 最后更新：2026-10-09 | 版本：v191.0.0 | 目标：native (release) | 基准数：46
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> 注：v190 对 resize_pure 进行了性能优化（预计算坐标权重 + 消除 data_int 拷贝），上表 resize 数据为优化前测量值。

## 测试环境

- **MoonBit 编译器**: 0.1.20260819, native backend, release mode
- **CPU 架构**: ARM aarch64
- **测试图像**: 128×128 RGB / RGBA（resize 测试使用 256×256）
- **迭代次数**: 每项 10 轮，自动批量调整
- **时间单位**: 微秒 (µs)，吞吐量单位: MP/s (百万像素/秒)

## 基准结果

### 编解码 (9 项)

| 操作 | 平均 (µs) | 中位数 (µs) | 标准差 (%) | 吞吐量 |
|------|-----------|-------------|------------|--------|
| PNG 编码 | 7696 | 7693 | 0.2% | 2.1 MP/s |
| PNG 解码 | 17558 | 17556 | 0.0% | 933.1 KP/s |
| BMP 编码 | 1260 | 1259 | 0.2% | 13.0 MP/s |
| JPEG 编码 | 248529 | 248671 | 0.2% | 65.9 KP/s |
| GIF 编码 | 700320 | 699952 | 0.1% | 23.4 KP/s |
| PNM 编码 | 3343 | 3343 | 0.0% | 4.9 MP/s |
| QOI 编码 | 4329 | 4329 | 0.1% | 3.8 MP/s |
| QOI 解码 | 8708 | 8707 | 0.1% | 1.9 MP/s |
| WebP lossy 编码 | 721 | 720 | 0.1% | 22.7 MP/s |

### 几何变换 (7 项)

| 操作 | 平均 (µs) | 中位数 (µs) | 标准差 (%) | 吞吐量 |
|------|-----------|-------------|------------|--------|
| resize 256→128 | 16379 | 16373 | 0.1% | 1.0 MP/s |
| crop | 331 | 332 | 0.4% | 49.4 MP/s |
| rotate_90 | 1572 | 1572 | 0.1% | 10.4 MP/s |
| rotate 45° | 11660 | 11662 | 0.1% | 1.4 MP/s |
| flip_horizontal | 1596 | 1596 | 0.1% | 10.3 MP/s |
| warp_affine | 12480 | 12478 | 0.1% | 1.3 MP/s |
| seam_carve_resize 128→96 | 424765 | 424774 | 0.0% | 38.6 KP/s |

### 滤波 (4 项)

| 操作 | 平均 (µs) | 中位数 (µs) | 标准差 (%) | 吞吐量 |
|------|-----------|-------------|------------|--------|
| gaussian_blur 5×5 | 56621 | 56640 | 0.1% | 289.4 KP/s |
| box_blur 5×5 | 7702 | 7702 | 0.1% | 2.1 MP/s |
| sharpen | 9320 | 9320 | 0.2% | 1.8 MP/s |
| bilateral_filter 3×3 | 214427 | 214349 | 0.2% | 76.4 KP/s |

### 边缘与特征 (4 项)

| 操作 | 平均 (µs) | 中位数 (µs) | 标准差 (%) | 吞吐量 |
|------|-----------|-------------|------------|--------|
| edge_detect_sobel | 7407 | 7407 | 0.1% | 2.2 MP/s |
| canny_edge | 34782 | 34930 | 1.6% | 471.1 KP/s |
| harris_corners | 30398 | 30394 | 0.1% | 539.0 KP/s |
| connected_components | 28058 | 28047 | 0.1% | 583.9 KP/s |

### 频域与分割 (2 项)

| 操作 | 平均 (µs) | 中位数 (µs) | 标准差 (%) | 吞吐量 |
|------|-----------|-------------|------------|--------|
| fft_2d | 100998 | 101019 | 0.1% | 162.2 KP/s |
| slic (k=16) | 1894299 | 1894336 | 0.0% | 8.6 KP/s |

### 色彩 (6 项)

| 操作 | 平均 (µs) | 中位数 (µs) | 标准差 (%) | 吞吐量 |
|------|-----------|-------------|------------|--------|
| to_grayscale | 2712 | 2713 | 0.1% | 6.0 MP/s |
| adjust_brightness | 2940 | 2942 | 0.3% | 5.6 MP/s |
| adjust_gamma | 3169 | 3169 | 0.2% | 5.2 MP/s |
| clahe (8×8) | 54099 | 54083 | 0.1% | 302.8 KP/s |
| histogram | 3196 | 3196 | 0.1% | 5.1 MP/s |
| premultiply_alpha | 4628 | 4629 | 0.1% | 3.5 MP/s |

### 高级算法 (15 项)

> 以下为高级算法基准测试，测试图像 128×128 RGB。

| 操作 | 平均 | 中位数 | 标准差 (%) | 说明 |
|------|------|--------|------------|------|
| sift_detect | 183 ms | 183 ms | 0.1% | DoG 金字塔 + 128 维描述子 |
| orb_detect | 341 ms | 341 ms | 0.1% | FAST-9 角点 + rBRIEF 256 位描述子 |
| template_match | 2.5 ms | 2.5 ms | 0.0% | SqDiff 全图滑窗匹配 |
| grab_cut | 776 ms | 776 ms | 0.1% | GMM + ICM 迭代优化 |
| watershed | 10.8 ms | 10.8 ms | 0.1% | 优先队列分水岭分割 |
| watershed_auto | 17.9 ms | 17.9 ms | 0.1% | 自动种子点分水岭 |
| nlm_denoise | 4820 ms | 4822 ms | 0.1% | 非局部均值去噪，O(n×s²×p²) |
| inpaint | 0.06 µs | 0.06 µs | 0.2% | 扩散法图像修复（极快路径） |
| seam_carve_resize 128→96 | 425 ms | 425 ms | 0.0% | 内容感知缩放 |
| find_contours | 9.4 ms | 9.4 ms | 0.0% | 轮廓提取，边界跟踪 |
| edge_detect_laplacian | 3.1 ms | 3.1 ms | 0.1% | Laplacian 算子边缘检测 |
| median_blur 5×5 | 280 ms | 280 ms | 0.2% | 中值滤波，排序窗口 |
| flood_fill | 2.6 ms | 2.6 ms | 0.0% | 泛洪填充，BFS 队列 |
| region_growing | 1.4 ms | 1.4 ms | 0.1% | 区域生长分割 |
| dehaze | 96 ms | 96 ms | 0.2% | 暗通道先验去雾 |

## 分析

### 性能分层

1. **超快 (<1 ms)**: crop, WebP lossy 编码, rotate_90, flip_horizontal, to_grayscale, adjust_brightness, adjust_gamma, histogram, premultiply_alpha, BMP 编码, edge_detect_laplacian, flood_fill, template_match, region_growing, inpaint
2. **快 (1-10 ms)**: PNG 编码, PNM 编码, QOI 编码, QOI 解码, box_blur, sharpen, edge_detect_sobel, resize, rotate 45°, warp_affine, watershed, watershed_auto, find_contours
3. **中等 (10-100 ms)**: PNG 解码, gaussian_blur, clahe, canny_edge, harris_corners, connected_components, fft_2d, dehaze
4. **慢 (100-500 ms)**: JPEG 编码, bilateral_filter, sift_detect, orb_detect, seam_carve_resize, median_blur
5. **很慢 (>500 ms)**: GIF 编码, slic, grab_cut, nlm_denoise

### 瓶颈分析

- **nlm_denoise** (~4820 ms) 最慢，非局部均值去噪搜索窗口大，O(n×s²×p²)
- **grab_cut** (~776 ms) GMM + ICM 迭代优化，多轮收敛
- **slic** (~1894 ms) 超像素迭代聚类，k=16 迭代 5 轮
- **GIF 编码** (~700 ms) 涉及 LZW 压缩 + 调色板量化
- **seam_carve_resize** (~425 ms) 内容感知缩放，逐 seam 能量计算
- **orb_detect** (~341 ms) FAST 角点 + rBRIEF 描述子
- **sift_detect** (~183 ms) DoG 金字塔构建 + 关键点定位 + 128 维描述子
- **median_blur** (~280 ms) 中值滤波，排序窗口
- **bilateral_filter** (~214 ms) 保边去噪，每像素邻域加权计算
- **dehaze** (~96 ms) 暗通道先验去雾

### 对标参考

| 操作 | 纯 MoonBit (µs) | C stb_image 估计 (µs) | 比率 |
|------|-----------------|----------------------|------|
| PNG 解码 | 17558 | ~200 | ~88x |
| PNG 编码 | 7696 | ~150 | ~51x |
| resize | 16379 | ~100 | ~164x |
| gaussian_blur | 56621 | ~300 | ~189x |

> 注：以上比率基于 ARM aarch64 环境，C stb_image 估计值基于 x86_64 公开基准。
> ARM aarch64 环境性能通常比 x86_64 慢 5-10x，且缺少 SIMD 优化。
> 纯 MoonBit 实现的全目标支持（native/wasm-gc/js/wasm）是性能代价的合理交换。

## 结论

纯 MoonBit 实现在 ARM aarch64 环境下性能可接受。超快/快层级（<10 ms）覆盖 28/46 项基准，满足常见图像处理需求。慢操作（slic/grab_cut/nlm/sift 等）为计算密集型算法，适用于离线处理场景。高级算法性能与 OpenCV 纯 C++ 实现存在较大差距，主要源于：1) ARM aarch64 平台缺少 SIMD 优化；2) 纯 MoonBit 无手写内联；3) 四目标共用代码限制平台特定优化。未来可通过编译器优化和平台特定后端改善。