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[导读]   opencv中常见的与图像操作有关的数据容器有Mat,cvMat和IplImage,这三种类型都可以代表和显示图像,但是,Mat类型侧重于计算,数学性较高,openCV对Mat类型的计算也进

  opencv中常见的与图像操作有关的数据容器有Mat,cvMat和IplImage,这三种类型都可以代表和显示图像,但是,Mat类型侧重于计算,数学性较高,openCV对Mat类型的计算也进行了优化。而CvMat和IplImage类型更侧重于“图像”,opencv对其中的图像操作(缩放、单通道提取、图像阈值操作等)进行了优化。在opencv2.0之前,opencv是完全用C实现的,但是,IplImage类型与CvMat类型的关系类似于面向对象中的继承关系。实际上,CvMat之上还有一个更抽象的基类----CvArr,这在源代码中会常见。

  1. IplImage

  opencv中的图像信息头,该结构体定义: typedef struct _IplImage

  {

  int nSize; /* IplImage大小 */

  int ID; /* 版本 (=0)*/

  int nChannels; /* 大多数OPENCV函数支持1,2,3 或 4 个通道 */

  int alphaChannel; /* 被OpenCV忽略 */

  int depth; /* 像素的位深度: IPL_DEPTH_8U, IPL_DEPTH_8S, IPL_DEPTH_16U,

  IPL_DEPTH_16S, IPL_DEPTH_32S, IPL_DEPTH_32F and IPL_DEPTH_64F 可支持 */

  char colorModel[4]; /* 被OpenCV忽略 */

  char channelSeq[4]; /* 被OpenCV忽略 */

  int dataOrder; /* 0 - 交叉存取颜色通道, 1 - 分开的颜色通道。 cvCreateImage只能创建交叉存取图像 */

  int origin; /* 0 - 顶—左结构,1 - 底—左结构 (Windows bitmaps 风格) */

  int align; /* 图像行排列 (4 or 8)。 OpenCV 忽略它,使用 widthStep 代替 */

  int width; /* 图像宽像素数 */

  int height; /* 图像高像素数*/

  struct _IplROI *roi; /* 图像感兴趣区域。 当该值非空只对该区域进行处理 */

  struct _IplImage *maskROI; /* 在 OpenCV中必须置NULL */

  void *imageId; /* 同上*/

  struct _IplTIleInfo *TIleInfo; /*同上*/

  int imageSize; /* 图像数据大小(在交叉存取格式下imageSize=image-》height*image-》widthStep),单位字节*/

  char *imageData; /* 指向排列的图像数据 */

  int widthStep; /* 排列的图像行大小,以字节为单位 */

  int BorderMode[4]; /* 边际结束模式, 被OpenCV忽略 */

  int BorderConst[4]; /* 同上 */

  char *imageDataOrigin; /* 指针指向一个不同的图像数据结构(不是必须排列的),是为了纠正图像内存分配准备的 */

  } IplImage;

  dataOrder中的两个取值:交叉存取颜色通道是颜色数据排列将会是BGRBGR.。.的交错排列。分开的颜色通道是有几个颜色通道就分几个颜色平面存储。roi是IplROI结构体,该结构体包含了xOffset,yOffset,height,width,coi成员变量,其中xOffset,yOffset是x,y坐标,coi代表channel of interest(感兴趣的通道),非0的时候才有效。访问图像中的数据元素,分间接存储和直接存储,当图像元素为浮点型时,(uchar *) 改为 (float *):

  /*间接存取*/

  IplImage* img=cvLoadImage(“lena.jpg”, 1);

  CvScalar s; /*sizeof(s) == img-》nChannels*/

  s=cvGet2D(img,i,j); /*get the (i,j) pixel value*/

  cvSet2D(img,i,j,s); /*set the (i,j) pixel value*/

  /*宏操作*/

  IplImage* img; //malloc memory by cvLoadImage or cvCreateImage

  for(int row = 0; row 《 img-》height; row++)

  {

  for (int col = 0; col 《 img-》width; col++)

  {

  b = CV_IMAGE_ELEM(img, UCHAR, row, col * img-》nChannels + 0);

  g = CV_IMAGE_ELEM(img, UCHAR, row, col * img-》nChannels + 1);

  r = CV_IMAGE_ELEM(img, UCHAR, row, col * img-》nChannels + 2);

  }

  }

  /*直接存取*/

  IplImage* img; //malloc memory by cvLoadImage or cvCreateImage

  uchar b, g, r; // 3 channels

  for(int row = 0; row 《 img-》height; row++)

  {

  for (int col = 0; col 《 img-》width; col++)

  {

  b = ((uchar *)(img-》imageData + row * img-》widthStep))[col * img-》nChannels + 0];

  g = ((uchar *)(img-》imageData + row * img-》widthStep))[col * img-》nChannels + 1];

  r = ((uchar *)(img-》imageData + row * img-》widthStep))[col * img-》nChannels + 2];

  }

  }

  初始化使用IplImage *,是一个指向结构体IplImage的指针:

  IplImage * cvLoadImage(const char * filename, int iscolor CV_DEFAULT(CV_LOAD_IMAGE_COLOR)); //load images from specified image

  IplImage * cvCreateImage(CvSize size, int depth, int channels); //allocate memory

  2.CvMat

  首先,我们需要知道,第一,在OpenCV中没有向量(vector)结构。任何时候需要向量,都只需要一个列矩阵(如果需要一个转置或者共轭向量,则需要一个行矩阵)。第二,OpenCV矩阵的概念与我们在线性代数课上学习的概念相比,更抽象,尤其是矩阵的元素,并非只能取简单的数值类型,可以是多通道的值。CvMat 的结构:

  typedef struct CvMat

  {

  int type;

  int step; /*用字节表示行数据长度*/

  int* refcount; /*内部访问*/

  union {

  uchar* ptr;

  short* s;

  int* i;

  float* fl;

  double* db;

  } data; /*数据指针*/

  union {

  int rows;

  int height;

  };

  union {

  int cols;

  int width;

  };

  } CvMat; /*矩阵结构头*/

  创建CvMat数据:

  CvMat * cvCreateMat(int rows, int cols, int type); /*创建矩阵头并分配内存*/

  CV_INLine CvMat cvMat((int rows, int cols, int type, void* data CV_DEFAULT); /*用已有数据data初始化矩阵*/

  CvMat * cvInitMatHeader(CvMat * mat, int rows, int cols, int type, void * data CV_DEFAULT(NULL), int step CV_DEFAULT(CV_AUTOSTEP)); /*(用已有数据data创建矩阵头)*/

  对矩阵数据进行访问:

  /*间接访问*/

  /*访问CV_32F1和CV_64FC1*/

  cvmSet( CvMat* mat, int row, int col, double value);

  cvmGet( const CvMat* mat, int row, int col );

  /*访问多通道或者其他数据类型: scalar的大小为图像的通道值*/

  CvScalar cvGet2D(const CvArr * arr, int idx0, int idx1); //CvArr只作为函数的形参void cvSet2D(CvArr* arr, int idx0, int idx1, CvScalar value);

  /*直接访问: 取决于数组的数据类型*/

  /*CV_32FC1*/

  CvMat * cvmat = cvCreateMat(4, 4, CV_32FC1);

  cvmat-》data.fl[row * cvmat-》cols + col] = (float)3.0;

  /*CV_64FC1*/

  CvMat * cvmat = cvCreateMat(4, 4, CV_64FC1);

  cvmat-》data.db[row * cvmat-》cols + col] = 3.0;

  /*一般对于单通道*/

  CvMat * cvmat = cvCreateMat(4, 4, CV_64FC1);

  CV_MAT_ELEM(*cvmat, double, row, col) = 3.0; /*double是根据数组的数据类型传入,这个宏不能处理多通道*/

  /*一般对于多通道*/

  if (CV_MAT_DEPTH(cvmat-》type) == CV_32F)

  CV_MAT_ELEM_CN(*cvmat, float, row, col * CV_MAT_CN(cvmat-》type) + ch) = (float)3.0; // ch为通道值

  if (CV_MAT_DEPTH(cvmat-》type) == CV_64F)

  CV_MAT_ELEM_CN(*cvmat, double, row, col * CV_MAT_CN(cvmat-》type) + ch) = 3.0; // ch为通道值

  /*多通道数组*/

  /*3通道*/

  for (int row = 0; row 《 cvmat-》rows; row++)

  {

  p = cvmat -》data.fl + row * (cvmat-》step / 4);

  for (int col = 0; col 《 cvmat-》cols; col++)

  {

  *p = (float) row + col;

  *(p+1) = (float)row + col + 1;

  *(p+2) = (float)row + col + 2;

  p += 3;

  }

  }

  /*2通道*/

  CvMat * vector = cvCreateMat(1,3, CV_32SC2);CV_MAT_ELEM(*vector, CvPoint, 0, 0) = cvPoint(100,100);

  /*4通道*/

  CvMat * vector = cvCreateMat(1,3, CV_64FC4);CV_MAT_ELEM(*vector, CvScalar, 0, 0) = CvScalar(0, 0, 0, 0);

  复制矩阵操作:

  /*复制矩阵*/

  CvMat* M1 = cvCreateMat(4,4,CV_32FC1);

  CvMat* M2;

  M2=cvCloneMat(M1);

  3.Mat

  Mat是opencv2.0推出的处理图像的新的数据结构,现在越来越有趋势取代之前的cvMat和lplImage,相比之下Mat最大的好处就是能够更加方便的进行内存管理,不再需要程序员手动管理内存的释放。opencv2.3中提到Mat是一个多维的密集数据数组,可以用来处理向量和矩阵、图像、直方图等等常见的多维数据。

  class CV_EXPORTS Mat

  {

  public:

  /*.。很多方法。.*/

  /*.。..。..。..。.*/

  int flags;(Note :目前还不知道flags做什么用的)

  int dims; /*数据的维数*/

  int rows,cols; /*行和列的数量;数组超过2维时为(-1,-1)*/

  uchar *data; /*指向数据*/

  int * refcount; /*指针的引用计数器; 阵列指向用户分配的数据时,指针为 NULL

  /* 其他成员 */

  。..

  };

  从以上结构体可以看出Mat也是一个矩阵头,默认不分配内存,只是指向一块内存(注意读写保护)。初始化使用create函数或者Mat构造函数,以下整理自opencv2.3.1 Manual:

  Mat(nrows, ncols, type, fillValue]);

  M.create(nrows, ncols, type);

  例子:

  Mat M(7,7,CV_32FC2,Scalar(1,3)); /*创建复数矩阵1+3j*/

  M.create(100, 60, CV_8UC(15)); /*创建15个通道的8bit的矩阵*/

  /*创建100*100*100的8位数组*/

  int sz[] = {100, 100, 100};

  Mat bigCube(3, sz, CV_8U, Scalar:all(0));

  /*现成数组*/

  double m[3][3] = {{a, b, c}, {d, e, f}, {g, h, i}};

  Mat M = Mat(3, 3, CV_64F, m).inv();

  /*图像数据*/

  Mat img(Size(320,240),CV_8UC3);

  Mat img(height, width, CV_8UC3, pixels, step); /*const unsigned char* pixels,int width, int height, int step*/

  /*使用现成图像初始化Mat*/

  IplImage* img = cvLoadImage(“greatwave.jpg”, 1);

  Mat mtx(img,0); // convert IplImage* -》 Mat; /*不复制数据,只创建一个数据头*/

  访问Mat的数据元素:

  /*对某行进行访问*/

  Mat M;

  M.row(3) = M.row(3) + M.row(5) * 3; /*第5行扩大三倍加到第3行*/

  /*对某列进行复制操作*/

  Mat M1 = M.col(1);

  M.col(7).copyTo(M1); /*第7列复制给第1列*/

  /*对某个元素的访问*/

  Mat M;

  M.at《double》(i,j); /*double*/

  M.at(uchar)(i,j); /*CV_8UC1*/

  Vec3i bgr1 = M.at(Vec3b)(i,j) /*CV_8UC3*/

  Vec3s bgr2 = M.at(Vec3s)(i,j) /*CV_8SC3*/

  Vec3w bgr3 = M.at(Vec3w)(i,j) /*CV_16UC3*/

  /*遍历整个二维数组*/

  double sum = 0.0f;

  for(int row = 0; row 《 M.rows; row++)

  {

  const double * Mi = M.ptr《double》(row);

  for (int col = 0; col 《 M.cols; col++)

  sum += std::max(Mi[j], 0.);

  }

  /*STL iterator*/

  double sum=0;

  MatConsTIterator《double》 it = M.begin《double》(), it_end = M.end《double》();

  for(; it != it_end; ++it)

  sum += std::max(*it, 0.);

  Mat可进行Matlab风格的矩阵操作,如初始化的时候可以用iniTIalizers,zeros(), ones(), eye()。 除以上内容之外,Mat还有有3个重要的方法:

  Mat mat = imread(const String* filename); // 读取图像imshow(const string frameName, InputArray mat); // 显示图像imwrite (const string& filename, InputArray img); //储存图像

  CvMat, Mat, IplImage之间的互相转换

  IpIImage -》 CvMat

  /*cvGetMat*/

  CvMat matheader;

  CvMat * mat = cvGetMat(img, &matheader);

  /*cvConvert*/

  CvMat * mat = cvCreateMat(img-》height, img-》width, CV_64FC3);

  cvConvert(img, mat)

  IplImage -》 Mat

  Mat::Mat(const IplImage* img, bool copyData=false);/*default copyData=false,与原来的IplImage共享数据,只是创建一个矩阵头*/

  例子:

  IplImage* iplImg = cvLoadImage(“greatwave.jpg”, 1);

  Mat mtx(iplImg); /* IplImage * -》 Mat,共享数据; or : Mat mtx = iplImg;*/

  Mat -》 IplImage

  Mat M

  IplImage iplimage = M; /*只创建图像头,不复制数据*/

  CvMat -》 Mat

  Mat::Mat(const CvMat* m, bool copyData=false); /*类似IplImage -》 Mat,可选择是否复制数据*/

  Mat -》 CvMat

  例子(假设Mat类型的imgMat图像数据存在):

  CvMat cvMat = imgMat;/*Mat -》 CvMat, 类似转换到IplImage,不复制数据只创建矩阵头

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