图像处理之OpenCV用户界面

时间：2022-12-14 00:41:59

1 概述

在OpenCV中，HighGUI模块为高层GUI图形用户界面模块，包含媒体的输入输出、视频捕捉、图像和视频的编码解码、图形交互界面的接口等内容。本章旨在为大家展开讲解OpenCV中最常用到的一些交互操作，包括图像的载入、显示和输出，为程序添加滑动条，以及鼠标操作等常用内容。

2 图像的载入、显示和输出到文件

学习过以往版本OpenCV的读者应该都清楚，对于OpenCV1.0时代的基于C语言接口而建的图像存储格式 Ipllmage*， 如果在退出前忘记 release 掉的话，会造成内存泄露，而且用起来十分繁琐。我们在debug程序的时候，往往很大一部分时间会去纠结手动释放内存相关的问题。虽然对于小型的程序来说，手动管理内存不是什么难题，但一旦开发的项目日益庞大，代码量达到一定的规模，我们便会开始越来越多地纠缠于内存管理的问题，而不能把全部精力用于解决核心开发目标。因为不合适的图像存储数据结构而疲于维护日益庞大的项目，就有些舍本逐末的感觉了。

自踏入2.0版本的时代以来，OpenCV采用了Mat类作为数据结构进行图像存取。这一改进使OpenCV变得和几乎零门槛入门的Matlab一样，很容易上手和用于实际开发。新版OpenCV中甚至有些函数名称都和Matlab中的一样，比如大家所熟知的imrhow等函数。这对于广大图像处理和计算机视觉领域的研究者们来说，的确是一件可喜可贺的事情。

3 OpenCV的命名空间

OpenCV中的C＋＋类和函数都是定义在命名空间cv之内的，有两种方法可以访问：第一种，是在代码开头的适当位置加上using namespace cv；这句代码，规定程序位于此命名空间之内：另外一种，是在使用OpenCV的每一个类和函数时，都加入cv::命名空间。不过这种情况会很繁琐，每用一个OpenCV的类或者函数，都要多敲四下键盘写出cv::。所以，推荐大家在代码开头的适当位置，加上using namespace cv；这句。 比如在写简单的OpenCV程序的时候，以下三句可以作为标配：

#include <opencycore/core.hpp> 
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
using namespace cv;

4 Mat类简析

Mat 类是用于保存图像以及其他矩阵数据的数据结构，默认情况下其尺寸为0。我们也可以指定其初始尺寸，比如定义一个要写

cv::Mat pic (320, 640, cv::Scalar(100));

Mat 类型作为OpenCV2为OpenCV2、OpenCV3新纪元的重要代表，它是对应于 OpenCV1.0 时代的Ipllmage,我们需要用到关于Mat的其实就简单的这样一句代码：

Mat srcimage = imread("dota.jpg");

这表示从工程目录下把一幅名为dota的jpg类型的图像载入到Mat类型的srelmage变量中。对于这里的imread函数，用于将图片读入Mat类型中。

5 图像的载人imread函数

imread 函数，其用于读取文件中的图片到OpenCV中。可以在OpenCV官方文档中查到它的原型，如下。

Mat imread(const string& filename,intflags-1);

第1个参数，filename，填我们需要载入的图片路径。在Windows操作系统下，OpenCV的imread函数支持如下类型的图像载入。

  • Windows位图：.bmp,.dib
  • JPEG 文件：.jpeg，.jpg，*.jpe
  • JPEG 2000 文件：*.jp2
  • PNG 图片：*.png
  • 便携文件格式：.pbm，.pgm，*.ppm
  • Sun rasters光栅文件：.sr,.ras
  • TIFF文件：.tiff，.tif

（2）第二个参数，int类型的 个参数，int类型的flags，为载入标识，它指定一个加载图像的颜色类型。可以看到它自带默认值1，所以有时候这个参数在调用时可以忽略。 个参数在调用时可以忽略。在看了下面的讲解之后，我们就会发现，如果在调用时忽略这个参数，就表示载入三通道的彩色图像。这个参数可以在OpenCV中标识图像格式的枚举体中取值。通过转到定义，我们可以在们可以在higui＿c.h中发现这个枚举的定义是这样的：

enum
{
/*8bit,color or not*/ 
CV_LOAD_IMAGE_UNCHANGED = -1,
/*8bit,gray*/
CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE = 0,
/*?,color */
CV_LOAD_IMAGE_COLOR = 1,
/*any depth,?*/
CV_LOAD_IMAGE_ANYDEPTH -2, 
/*?,any color*/
CV_LOAD IMAGE_ANYCOLOR -4
};

对常用标识符相应的解释：

  • CV＿LOAD＿IMAGE＿UNCHANGED等价取值为-1，这个标识在新版本 中已被废置，忽略。
  • CV＿LOAD＿IMAGE＿GRAYSCALE等价取值为0，如果取这个标识的话，始终将图像转换成灰度再返回。
  • CV＿LOAD＿IMAGE＿COLOR等价取值为1，如果取这个标识，总是转换图像到彩色再返回。
  • CV＿LOAD＿IMAGE＿ANYDEPTH等价取值为2，如果取这个标识，且载图像的深度为16位或者32位，就返回对应深度的图像，否则，就转换为8位图像再返回。

需要说明的是，如果输入有冲突的标入有冲突的标志，将采用较小的数字值。比如CV＿LOAD＿IMAGE COLOR｜CV LOAD IMAGE ANYCOLOR 将载入三通道图。而如果想 要载入最真实无损的源图像，可实无损的源图像，可以选择CV＿LOAD＿IMAGE＿ANYDEPTH CV_LOAD_IMAGE_ANYCOLOR。

因为flags是int型的变量，若我们不在这个枚举体中取固定的值，可以这样进行：

  • flags＞0返回一个3通道的彩色图像
  • flags＝0返回灰度图像
  • flags＜0返回包含Alpha通道的加载图像。

6 图像的显示imshow函数

imshow函数用于在指定的窗口中显示一幅图像，函数原型如下。

void imshow(const string& winname, InputArray mat);
  • 第一个参数：const string&类型的winname，填需要显示的窗口标识名称。
  • 第二个参数：InputArray类型的mat，填需要显示的图像。

imshow函数用于在指定的窗口中显示图像。如果窗口是用 CV＿WINDOW_AUTOSIZE（默认值）标志创建的，那么显示图像原始大小。否则，将图像进行缩放以适合窗口。而imshow函数缩放图像，取决于图像的深度，具体如下。

  • 如果载入的图像是8位无符号类型（8—bit unsigned），就显示图像本来的样子。
  • 如果图像是16位无符号类型（16-bit unsigned）或32位整型（32-bit integer），便用像素值除以256。也就是说，值的范围是［0，255x256］映射到［0, 256］。
  • 如果图像是32位浮点型（32-bit floating-point），像素值便要乘以255。也就是说，该值的范围是［0，1］映射到［0，255］。

7 创建窗口namedWindow函数

namedWindow函数用于创建一个窗口。若是简单地进行图片显示，可以略去namedWindow函数的调用，即先调用imread读入图片，然后用imshow 直接指定 出窗口名进行显示即可。但需要在显示窗口之前就用到窗口名时，比如我们后面会马上讲到滑动条的使用，要指定滑动条依附到某个窗口上，就需要namedWindow函数先创建出窗口，显式地规定窗口名称了。

namedWindow的函数原型如下：

void namedWindow(const string& filename, int flags=WINDOW_AUAUTOSIZE);

(1) 第一个参数，const string＆型的name，填写被用作窗口的标识符的窗口名称。 (2) 第二个参数，int类型的flags，窗口的标识，可以填如下几种值。

  • WINDOW＿NORMAL，设置这个值，用户可以改变窗口的大小（没有限制）。OpenCV2中它还可以写为CV＿WINDOW＿NORMAL。
  • WINDOW＿AUTOSIZE，设置这个值，窗口大小会自动调整以适应所显示的图像，并且用户不能手动改变窗口大小。OpenCV2 中它还可以写为CV_WINDOW_AUTOSIZE。
  • WINDOW＿OPENGL，设置这个值，窗口创建的时候会支持 OpenGL。 OpenCV2中它还可以写为CV＿WINDOW＿OPENGL。

首先需要注意的是，namedWindow函数有默认值 WINDOW＿AUTOSIZE，所 以，一般情况下，这个函数我们填一个变量就行了。namedWindow函数的作用是通过指定的名字，创建一个可以作为图像和进度条的容器窗口。如果具有相同名称的窗口已经存在，则函数不做任何事情。我们可以调用 destroyWindow或者 destroyAllWindows（）函数来关闭窗口，并取消之前分配的与窗口相关的所有内存空间。但是事实上，对于代码量不大的简单程序来说，我们完全没有必要手动调用上述的destroyWindow（）或者 destroyAllWindows（）函数，因为在退出时，所有的资 源和应用程序的窗口会被操作系统自动关闭。

8 输出图像到文件imwrite函数

在OpenCV中，输出图像到文件一般采用imwrite函数，它的声明如下。

bool imwrite(const string& filename, InputArray img,
    const vector<int >& paramsms=vector<int>();

（1）第一个参数，const string&类型的filename，填需要写入的文件名。注意要带上后缀，如“123．jpg”。

（2）第二个参数，InputArray类型的img，一般填一个Mat类型的图像数据。

（3）第三个参数，const vector&类型的params，表示为特定格式保存的参数编码。它有默认值vector()，所以一般情况下不需要填写。而如果要填写的话，有下面这些需要了解的地方：

  • 对于JPEG 格式的图片，这个参数表示从0到100的图片质量（CV＿IMWRITE＿JPEG＿QUALITY），默认值是95。
  • 对于PNG 格式的图片，这个参数表示压缩级别（CV＿IMWRITE＿PNGCOMPRESSION）从0到9。较高的值意味着更小的尺寸和更长的压缩时间，默认值是3。
  • 对于PPM，PGM，或PBM格式的图片，这个参数表示一个二进制格式标志（CV＿IMWRITE＿PXM＿BINARY），取值为0或1，默认值是1。

imwrite 函数用于将图像保存到指定的文件。图像格式是基于文件扩展名的，可保存的扩展名和imread中可以读取的图像扩展名一致。

9 效果例子

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