OpenCV For iOS(一): 图像的基本表示


概述: 本节主要讲述图像在OpenCV中的表示,以及Mat类的构造方式;

一. OpenCV 简介:

OpenCV 的全称是 Open Source Computer Vision Library,是一个开放源代码的 计算机视觉库。OpenCV 是最初由英特尔公司发起并开发,以 BSD 许可证授权发 行,可以在商业和研究领域中免费使用,现在美国 Willow Garage 为 OpenCV 供主要的支持。OpenCV 可用于开发实时的图像处理、计算机视觉以及模式识别 程序,目前在工业界以及科研领域广泛采用;

二.OpenCV中图像的表示:

在OpenCV中图像以矩阵( Mat类 )的形式表示,矩 阵元素的值表示这个位置上的像素的亮度,一般来说像素值越大表示该点越 亮。如图 2.1 :


图片像素画

一般来说,灰度图用 2 维矩阵表示,彩色(多通道)图像用 3 维矩阵(M × N × 3)表示。对于图像显示来说,目前大部分设备都是用无符号 8 位整 数(类型为 CV_8UC(n))表示像素亮度。(n 为通道数)
图像数据在计算机内存中的存储顺序为以图像最左上点(也可能是最左下 点)开始,存储如表 2-2 所示:

灰度图存储示意图:

i00 i00 i00 i00
i00 i00 i00 i00
i00 i00 i00 i00
i00 i00 i00 i00

iij 表示第 i 行 j 列的像素值。如果是多通道图像,比如 RGB 图像,则每个 像素用三个字节表示。在 OpenCV 中,RGB 图像的通道顺序为 BGR;三通道BGR图表示:

Snip20171019_2.png

三. Mat 类:

早期的 OpenCV 中,使用 IplImage 和 CvMat 数据结构来表示图像。IplImage 和 CvMat 都是 C 语言的结构。使用这两个结构的问题是内存需要手动管理,开 发者必须清楚的知道何时需要申请内存,何时需要释放内存。这个开发者带来了 一定的负担,开发者应该将更多精力用于算法设计,因此在新版本的 OpenCV 中 引入了 Mat 类。
新加入的 Mat 类能够自动管理内存。使用 Mat 类,你不再需要花费大量精 力在内存管理上。而且你的代码会变得很简洁,代码行数会变少。但 C++接口唯 一的不足是当前一些嵌入式开发系统可能只支持 C 语言,如果你的开发平台支持 C++,完全没有必要再用 IplImage 和 CvMat。在新版本的 OpenCV 中,开发者依 然可以使用 IplImage 和 CvMat,但是一些新增加的函数只 供了 Mat 接口。本书 中的例程也都将采用新的 Mat 类,不再介绍 IplImage 和 CvMat。

Mat 类的定义如下所示,关键的属性如下方代码所示:

   class CV_EXPORTS Mat
   {
   public:
    //一系列函数 ...
   /* flag 参数中包含许多关于矩阵的信息,如: -Mat 的标识
        -数据是否连续 
        -深度 
        -通道数目
    */
      int flags;
    //矩阵的维数,取值应该大于或等于 2 
      int dims;
    //矩阵的行数和列数,如果矩阵超过 2 维,这两个变量的值都为-1 
      int rows,         cols;
    //指向数据的指针 
      uchar* data;
    //指向引用计数的指针 //如果数据是由用户分配的,则为 NULL 
      int* refcount;
      ...
 };

四.Mat 类的创建:

4.1 构造方法:

Mat 类 供了一系列构造函数,可以方便的根据需要创建 Mat 对象。下面是 一个使用构造函数创建对象的例子。

Mat M(3,2, CV_8UC3, Scalar(0,0,255));
cout << "M = " << endl << " " << M << endl;

第一行代码创建一个rows = 3,cosl = 2 的图像,图像元 素是 8 位无符号整数类型,且有三个通道。图像的所有像素值被初始化为(0, 0, 255)。由于 OpenCV 中默认的颜色顺序为 BGR,因此这是一个全红的图像。
该段代码创建的矩阵M如下:

Snip20171019_2.png
Mat类常用构造方法:

常用的构造函数有:

  • Mat::Mat() 无参数构造方法;

  • Mat::Mat(int rows, int cols, int type)
    创建行数为 rows,列数为 col,类型为 type 的图像;

  • Mat::Mat(Size size, int type)
    创建大小为 size,类型为 type 的图像;

  • Mat::Mat(int rows, int cols, int type, const Scalar& s) 24

    创建行数为 rows,列数为 col,类型为 type 的图像,并将所有元素初始 化为值 s;

  • Mat::Mat(Size size, int type, const Scalar& s)
    创建大小为 size,类型为 type 的图像,并将所有元素初始化为值 s;

  • Mat::Mat(const Mat& m)
    将 m 赋值给新创建的对象,此处不会对图像数据进行复制,m 和新对象 共用图像数据;

  • Mat::Mat(int rows, int cols, int type, void* data, size_t step=AUTO_STEP) 创建行数为 rows,列数为 col,类型为 type 的图像,此构造函数不创建 图像数据所需内存,而是直接使用 data 所指内存,图像的行步长由 step 指定。

  • Mat::Mat(Size size, int type, void* data, size_t step=AUTO_STEP) 创建大小为 size,类型为 type 的图像,此构造函数不创建图像数据所需 内存,而是直接使用 data 所指内存,图像的行步长由 step 指定。

  • Mat::Mat(const Mat& m, const Range& rowRange, const Range& colRange) 创建的新图像为 m 的一部分,具体的范围由 rowRange 和 colRange 指 定,此构造函数也不进行图像数据的复制操作,新图像与 m 共用图像数 据;

  • Mat::Mat(const Mat& m, const Rect& roi)
    创建的新图像为 m 的一部分,具体的范围 roi 指定,此构造函数也不进 行图像数据的复制操作,新图像与 m 共用图像数据。

这些构造函数中,很多都涉及到类型 type。type 可以是 CV_8UC1,CV_16SC1,..., CV_64FC4 等。里面的 8U 表示 8 位无符号整数,16S 表示 16 位有符号整数,64F 表示 64 位浮点数(即 double 类型);C 后面的数表示通道数,例如 C1 表示一个 通道的图像,C4 表示 4 个通道的图像,以此类推。
如果你需要更多的通道数,需要用宏 CV_8UC(n),例如:
Mat M(3,2, CV_8UC(5));//创建行数为3,列数为2,通道数为5的图像;

其中rowRang/colRang表达范围为半闭半开区间,例如 cv::Rang(0,3)表示的范围为[0,3),即包含0单不包括3;

4.2 create()函数创建对象
  //! allocates new matrix data unless the matrix already has specified size and type.
  // previous data is unreferenced if needed.
  void create(int rows, int cols, int type);
  void create(Size size, int type);
  void create(int ndims, const int* sizes, int type);

除了在构造函数中可以创建图像,也可以使用 Mat 类的 create()函数创建图 像。如果 create()函数指定的参数与图像之前的参数相同,则不进行实质的内存 申请操作;如果参数不同,则减少原始数据内存的索引,并重新申请内存。使用 方法如下:

Mat M(2,2, CV_8UC3);//构造函数创建图像 
M.create(3,2, CV_8UC2);//释放内存重新创建图像

需要注意的时,使用 create()函数无法设置图像像素的初始值;

4.3Matlab 风格的创建对象方法:
    //! Matlab-style matrix initialization
    static MatExpr zeros(int rows, int cols, int type);
    static MatExpr zeros(Size size, int type);
    static MatExpr zeros(int ndims, const int* sz, int type);
    static MatExpr ones(int rows, int cols, int type);
    static MatExpr ones(Size size, int type);
    static MatExpr ones(int ndims, const int* sz, int type);
    static MatExpr eye(int rows, int cols, int type);
    static MatExpr eye(Size size, int type);

使用方法如下:

Mat Z = Mat::zeros(2,3, CV_8UC1); // 0矩阵
cout << "Z = " << endl << " " << Z << endl;

Mat O = Mat::ones(2, 3, CV_32F); // 全1矩阵
cout << "O = " << endl << " " << O << endl;

Mat E = Mat::eye(2, 3, CV_64F);  // 单位矩阵
cout << "E = " << endl << " " << E << endl;

输出结果如下:

Snip20171019_3.png

五.矩阵的基本元素表达:

对于单通道图像,其元素类型一般为 8U(即 8 位无符号整数),当然也可以 是 16S、32F 等;这些类型可以直接用 uchar、short、float 等 C/C++语言中的基本 数据类型表达。

如果多通道图像,如 RGB 彩色图像,需要用三个通道来表示。在这种情况 下,如果依然将图像视作一个二维矩阵,那么矩阵的元素不再是基本的数据类型。OpenCV 中有模板类 Vec,可以表示一个向量。OpenCV 中使用 Vec 类预定义了一 些小向量,可以将之用于矩阵元素的表达。

   typedef Vec<uchar, 2> Vec2b;
   typedef Vec<uchar, 3> Vec3b;
   typedef Vec<uchar, 4> Vec4b;
   typedef Vec<short, 2> Vec2s;
   typedef Vec<short, 3> Vec3s;
   typedef Vec<short, 4> Vec4s;
   typedef Vec<int, 2> Vec2i;
   typedef Vec<int, 3> Vec3i;
   typedef Vec<int, 4> Vec4i;
   typedef Vec<float, 2> Vec2f;
   typedef Vec<float, 3> Vec3f;
   typedef Vec<float, 4> Vec4f;
   typedef Vec<float, 6> Vec6f;
   typedef Vec<double, 2> Vec2d;
   typedef Vec<double, 3> Vec3d;
   typedef Vec<double, 4> Vec4d;
   typedef Vec<double, 6> Vec6d;

例如 8U 类型的 RGB 彩色图像可以使用 Vec3b,3 通道 float 类型的矩阵可以 使用 Vec3f。
对于 Vec 对象,可以使用[]符号如操作数组般读写其元素,如:

Vec3b color; //用 color 变量 述一种 RGB 颜色
color[0]=255; //B 分量
color[1]=0; //G分量
color[2]=0; //R分量

六. 矩阵输出格式:

cv::Mat temp = (cv::Mat_<char>(3,3) << 1,2,3,4,5,6,7,8,9);
    
    std::cout << "temp Default : "<< temp << std::endl;
    std::cout << "temp python :  "<< cv::format(temp,"python") << std::endl;
    std::cout << "temp CSV : "<< cv::format(temp,"csv") << std::endl;
    std::cout << "temp numpy : "<< cv::format(temp,"numpy") << std::endl;
    std::cout << "temp C : "<< cv::format(temp,"C") << std::endl;
temp Default : [1, 2, 3;
                4, 5, 6;
                7, 8, 9]
temp python : [[1, 2, 3], 
               [4, 5, 6], 
               [7, 8, 9]]
temp CSV : 1, 2, 3
           4, 5, 6
           7, 8, 9

temp numpy : array([[1, 2, 3], 
                    [4, 5, 6], 
                    [7, 8, 9]], 
                  type='int8')
temp C : {1, 2, 3,
          4, 5, 6,
          7, 8, 9}

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 157,012评论 4 359
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 66,589评论 1 290
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 106,819评论 0 237
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 43,652评论 0 202
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 51,954评论 3 285
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 40,381评论 1 210
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 31,687评论 2 310
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 30,404评论 0 194
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 34,082评论 1 238
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 30,355评论 2 241
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 31,880评论 1 255
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 28,249评论 2 250
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 32,864评论 3 232
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 26,007评论 0 8
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 26,760评论 0 192
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 35,394评论 2 269
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 35,281评论 2 259

推荐阅读更多精彩内容