初识OpenCV

文章目录

• 初识OpenCV
• 定义
• 接口
• 模块化的架构
• API说明
• 1、cv Namespace 命名空间
• 2、自动内存管理
• 3、输出数据的自动内存分配
• 4、Mat类
• 5、数据获取与存储
• 5.1 图像读写
• 5.2 视频读写
• 参考及进阶资料

初识OpenCV

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定义

OpenCV (Open Source Computer Vision Library: http://opencv.org)
开源计算机视觉库

接口

• 2.x 、3.x -> C++

• 1.x -> c

模块化的架构

• core
• imgproc
• video
• calib3d
• features2d
• objdetect
• highgui
• videoio
• gpu
• 。。。

API说明

1、cv Namespace 命名空间

#include "opencv2/core.hpp"
using namespace cv;

当函数名冲突时 强制指定

cv::log(a, a);
a /= std::log(2.);

2、自动内存管理

//引用计数机制实现
// create a big 8Mb matrix
Mat A(1000, 1000, CV_64F);

// create another header for the same matrix;
// this is an instant operation, regardless of the matrix size.
Mat B = A; //B引用指向A

// create another header for the 3-rd row of A; no data is copied either
Mat C = B.row(3); //C指向A的第三行

// now create a separate copy of the matrix D是独立的一份拷贝 内存上
Mat D = B.clone(); 

// copy the 5-th row of B to C, that is, copy the 5-th row of A
// to the 3-rd row of A.
B.row(5).copyTo(C); //A的第五行拷贝到第三行

// now let A and D share the data; after that the modified version
// of A is still referenced by B and C.
A = D; //A引用指向D 但是之前的内存A'仍然被B和C引用不能释放！

// now make B an empty matrix (which references no memory buffers),
// but the modified version of A will still be referenced by C,
// despite that C is just a single row of the original A
B.release(); //B释放了对A'的引用 只剩下C对A'的引用

// finally, make a full copy of C. As a result, the big modified
// matrix will be deallocated, since it is not referenced by anyone
C = C.clone(); //C也独立了 没有对A'的引用了 引用计数为0 A'内存被释放！

类似于std::shared_ptr 智能指针
Ptr<T> ptr(new T(...));
Ptr<T> ptr = makePtr<T>(...);

3、输出数据的自动内存分配

g++ opencv_test.cpp -lopencv_core -lopencv_imgproc  -lopencv_highgui -g

//@filename: opencv_test.cpp
#include "opencv2/imgproc/imgproc.hpp"
#include "opencv2/highgui/highgui.hpp"

using namespace cv;

int main(int argc, char** argv)
{
    VideoCapture cap(0);
    if(!cap.isOpened()) return -1;

    Mat frame, edges;
    namedWindow("edges",1);
    for(;;)
    {
        cap >> frame;
        cvtColor(frame, edges, COLOR_BGR2GRAY);//灰度转换
        GaussianBlur(edges, edges, Size(7,7), 1.5, 1.5);//高斯滤波
        Canny(edges, edges, 0, 30, 3);//边缘提取
        imshow("edges", edges);
        if(waitKey(30) >= 0) break;
    }
    return 0;
}

4、Mat类

• cv::Mat

• type:
  CV_8UC1、CV_16SC1、CV64FC4 (16或8…是像素值位数；C后是通道数；前面是类型，U是无符号 S是有符号 F是浮点数 当然64位浮点数就是双精度浮点数double)

• create方法根据指定参数决定是否释放内存重新申请内存创建图像

• Vec类可以表示向量 可以表达矩阵元素

• 迭代器 MatIterator_: MatIterator_ a,b;
• row(n)方法 提取一行

• col(n)方法 提取一列
• Range()类可以提取部分

//提取第 1 到 3 列（不包括 3） 
Mat B = A(Range::all(), Range(1, 3));//前面是行 后面是列

• 也可以使用Rect方法指定左上右下坐标选取范围
• Size(w, h)指定宽高
• Mat Mat::diag(int d) const选择对角线元素

参数 d<0 时，表示取主对角线上方的次对角线
参数 d=0 时，表示取主对角线；
参数 d>0 是，表示取主对角线下方的次对角线，
参数 d=1 时，表示取主对角线下方，且紧贴主对角线的元素；

• 支持运算

  • 加法，减法，取负：A+B，A-B，A+s，A-s，s+A，s-A，-A
  • 缩放取值范围：A*alpha
  • 矩阵对应元素的乘法和除法： A.mul(B)，A/B，alpha/A
  • 矩阵乘法：A*B （注意此处是矩阵乘法，而不是矩阵对应元素相乘）
  • 矩阵转置：A.t()
  • 矩阵求逆和求伪逆：A.inv()
  • 矩阵比较运算：A cmpop B，A cmpop alpha，alpha cmpop A。此处 cmpop 可以是>，>=，==，!=，<=，<。如果条件成立，则结果矩阵（8U 类型矩 阵）的对应元素被置为 255；否则置 0。
  • 矩阵位逻辑运算：A logicop B，A logicop s，s logicop A，~A，此处 logicop 可以是&，|和^。
  • 矩阵对应元素的最大值和最小值：min(A, B)，min(A, alpha)，max(A, B)， max(A, alpha)。
  • 矩阵中元素的绝对值：abs(A)
  • 叉积和点积：A.cross(B)，A.dot(B)

• Mat_类是对Mat类的封装 便于使用某些方法

    Mat M(600, 800, CV_8UC1);
    int i=1, j=2;
    double d1 = (double) ((i+j)%255); //用 at()读写像素时，需要指定类型 
    M.at<uchar>(i,j) = d1; 
    //下面代码错误，应该使用 at<uchar>() //但编译时不会提醒错误 
    //运行结果不正确，d2 不等于 d1 
    double d2 = M.at<double>(i,j);
    Mat_<uchar> M1 = (Mat_<uchar>&)M
    double d3 = (double) ((i+j)%255); 
    //直接使用Matlab 风格的矩阵元素读写，简洁 
    M1(i,j) = d3; 
    double d4 = M1(i,j);

• 矩阵内存

  矩阵 = 矩阵头 + 一个指向存储所有像素值的矩阵的指针。
  矩阵头（包含矩阵尺寸，存储方法， 存储地址等信息）的尺寸是常数值，但矩阵本身的尺寸会依图像的不同而不同，通常比矩阵头的尺寸大数个数量级。复制矩阵数据往往花费较多时间，因此除非有必要，不要复制大的矩阵

• IplImage 和 CvMat 转换Mat 版本兼容 略

5、数据获取与存储

5.1 图像读写

• imread() 将图像读取到内存

  #失败，则Mat::data为NULL, Mat::empty()方法测试
  Mat imread(const string& filename, int flags=1 )
  

  很明显参数 filename 是被读取或者保存的图像文件名；在 imread()函数中，
  flag 参数值有三种情况：
  • flag>0，该函数返回 3 通道图像，如果磁盘上的图像文件是单通道的灰 度图像，则会被强制转为 3 通道；
  • flag=0，该函数返回单通道图像，如果磁盘的图像文件是多通道图像，则 会被强制转为单通道；
  • flag<0，则函数不对图像进行通道转换

• imwrite() Mat对象以图像文件格式保存

bool imwrite(const string& filename, InputArray image, const vector<int>& params=vector<int>()
/***
1、推荐使用 PNG 文件格式,无损压缩
2、第三个参数 params 可以指定文件格式的一些细节信息。这
个参数里面的数值是跟文件格式相关的： 
  JPEG：表示图像的质量，取值范围从 0 到 100。数值越大表示图像质量 越高，当然文件也越大。默认值是 95。
  PNG：表示压缩级别，取值范围是从 0 到 9。数值越大表示文件越小， 但是压缩花费的时间也越长。默认值是 3。
  PPM，PGM或 PBM：表示文件是以二进制还是纯文本方式存储，取值为 0 或 1。如果取值为 1，则表示以二进制方式存储。默认值是 1
3、并不是所有的Mat 对象都可以存为图像文件，目前支持的格式只有 8U 类型
的单通道和 3 通道（颜色顺序为 BGR）矩阵。其他的可以转换，用 Mat::convertTo()函数或者 cvtColor()函数
4、在保存文件时，如果文件已经存在，imwrite()函数不会 进行提醒，将直接覆盖掉以前的文件
***/

eg. 图片缩放

g++ opencv_test.cpp -lopencv_imgproc -lopencv_highgui -lopencv_core -g

//@filename: opencv_test.cpp
#include<iostream>
#include<opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
#include<opencv2/core/core.hpp>
#include<opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include<string>

using namespace std;
using namespace cv;


int main(){
	string imgname ="tiger.jpeg";
	//读取图片
	cv::Mat img =cv::imread(imgname.c_str());
	// //缩放成224,244
	cout<< img.rows << " , "<< img.cols <<endl;
	cout<<  "in size " << img.size() << endl;
	Size s(224, 224);
	Mat dst = Mat::zeros(s, CV_64FC3);//共有224*224个像素点 每个像素点有3个通道 每个通道使用64位进行表示 即每个像素点24字节大小(位深度)
	resize(img, dst, dst.size());
	cout<<  "out size " << dst.size() << endl; //[224 X 224]
	cout <<" and area :" << s.area() << endl;//面积 50176
	imwrite("test.png", dst);
	return 0;
}

5.2 视频读写

OpenCV 2 中提供了两个类来实现视频的读写。读视频的类是 VideoCapture，
写视频的类是 VideoWriter

VideoCapture 既可以从视频文件读取图像，也可以从摄像头读取图像 可以 使用该类的构造函数打开视频文件或者摄像头。如果 VideoCapture 对象已经创 建，也可以使用 VideoCapture::open()打开，VideoCapture::open()函数会自动调用 VideoCapture::release()函数，先释放已经打开的视频，然后再打开新视频

//打开第一个摄像头 
VideoCapture cap1(0);
//打开视频文件 
VideoCapture cap2("video.short.raw.avi");

//检查是否成功打开 
if(!cap.isOpened()) {
   exit(-1);   
}
for(;;) {
    Mat frame;
    //从 cap 中读一帧，存到frame 
    cap >> frame; 
    //如果未读到图像 
    if(frame.empty()) break;
    //将读到的图像转为灰度图 
    cvtColor(frame, edges, CV_BGR2GRAY); 
    //进行边缘提取操作 
    Canny(edges, edges, 0, 30, 3); 
    //显示结果 
    imshow("edges", edges); 
    //等待 30 秒，如果按键则推出循环 
    if(waitKey(30) >= 0) break;
}

---

需要在创建视频时设置一系列参数，包括：文件名，编解码器，帧率，宽度和高度等。编解码器 使用四个字符表示，可以是 CV_FOURCC(‘M’,‘J’,‘P’,‘G’)、CV_FOURCC(‘X’,‘V’,‘I’,‘D’)及 CV_FOURCC(‘D’,‘I’,‘V’,‘X’)等。
写视频类VideoWriter::write()函数，VideoWriter 类中也重载
了<<操作符

注意：待写入的图像尺寸必须与创建 视频时指定的尺寸一致

//定义视频的宽度和高度 
Size s(320, 240); 
//创建writer，并指定FOURCC 及 FPS 等参数 
VideoWriter writer = VideoWriter("myvideo.avi", CV_FOURCC('M','J','P','G'), 25, s);
if(!writer.isOpened()) exit(-1);

//视频帧 
Mat frame(s, CV_8UC3);//尺寸一致
//将图像置为黑色 
frame = Scalar::all(0);
char text[128]="I LOVE U";
//绘图
putText(frame, 
        text, 
        Point(s.width/3, s.height/3),
        FONT_HERSHEY_SCRIPT_SIMPLEX, 
        3, 
        Scalar(0,0,255), //BGR 红色！
        3, 
        8);
//将图像写入视频 
writer << frame;

参考及进阶资料

• [1] 官网 欢迎来到opencv！

• [2] 于仕琪 opencv入门教程

• [3] woft王 图像处理之高斯滤波

• [4] c语言中文网

• [5] learnopencv

• [6] opencv中文翻译

• [7] python opencv学习

• [8] opencv 油管教程

• [9] opencv笔记博客