OpenCV中对Mat里面depth,dims,channels,step,data,elemSize和数据地址计算的理解

时间：2023-12-19 11:22:02

原文：OpenCV中对Mat里面depth,dims,channels,step,data,elemSize和数据地址计算的理解

Title :

  • cv::Mat
  • depth/dims/channels/step/data/elemSize
  • The class Mat represents an n-dimensional dense numerical single-channel or multi-channel array. It can be used to store (Mat类的对象用于表示一个多维度的单通道或者多通道稠密数组，它可以用来存储以下东西)
    • real or complex-valued vectors or matrices (实数值或复合值向量、矩阵)
    • grayscale or color images (灰度图或者彩色图)
    • voxel volumes (立体元素)
    • vector fields (矢量场)
    • point clouds (点云)
    • tensors (张量)
    • histograms (though, very high-dimensional histograms may be better stored in a SparseMat ) (直方图，高纬度的最好存放在SparseMat中)
  • 旧版本的OpenCV中的C结构体有 CvMat 和 CvMatND，目前我用的是 2.3 版，里面的文档指出 CvMat 和 CvMatND 弃用了，在C++封装中用 Mat 代替，另外旧版还有一个 IplImage，同样用 Mat 代替(可以参考博文 OpenCV中的结构体、类与Emgu.CV的对应表).
  • 矩阵 (M) 中数据元素的地址计算公式：

addr(Mi0,i1,…im-1) = M.data + M.step[0] * i0 + M.step[1] * i1 + … + M.step[m-1] * im-1 (其中 m = M.dims M的维度)

    • data：Mat对象中的一个指针，指向内存中存放矩阵数据的一块内存 (uchar* data)
    • dims：Mat所代表的矩阵的维度，如 3 * 4 的矩阵为 2 维， 3 * 4 * 5 的为3维
    • channels：通道，矩阵中的每一个矩阵元素拥有的值的个数，比如说 3 * 4 矩阵中一共 12 个元素，如果每个元素有三个值，那么就说这个矩阵是 3 通道的，即 channels = 3。常见的是一张彩色图片有红、绿、蓝三个通道。
    • depth：深度，即每一个像素的位数(bits)，在opencv的Mat.depth()中得到的是一个 0 – 6 的数字，分别代表不同的位数：enum { CV_8U=0, CV_8S=1, CV_16U=2, CV_16S=3, CV_32S=4, CV_32F=5, CV_64F=6 }; 可见 0和1都代表8位， 2和3都代表16位，4和5代表32位，6代表64位；
    • step：是一个数组，定义了矩阵的布局，具体见下面图片分析，另外注意 step1 (step / elemSize1)，M.step[m-1] 总是等于 elemSize，M.step1(m-1)总是等于 channels；
    • elemSize : 矩阵中每一个元素的数据大小，如果Mat中的数据的数据类型是 CV_8U 那么 elemSize = 1，CV_8UC3 那么 elemSize = 3，CV_16UC2 那么 elemSize = 4；记住另外有个 elemSize1 表示的是矩阵中数据类型的大小，即 elemSize / channels 的大小

图片分析1：考虑二维情况（stored row by row）按行存储

OpenCV中对Mat里面depth,dims,channels,step,data,elemSize和数据地址计算的理解

上面是一个 3 X 4 的矩阵，假设其数据类型为 CV_8U，也就是单通道的 uchar 类型

  • 这是一个二维矩阵，那么维度为 2 （M.dims == 2）；
  • M.rows == 3; M.cols == 4；
  • sizeof(uchar) = 1，那么每一个数据元素大小为 1 （M.elemSize() == 1, M.elemSize1() == 1）；
  • CV_8U 得到 M.depth() == 0, M.channels() == 1；
  • 因为是二维矩阵，那么 step 数组只有两个值， step[0] 和 step[1] 分别代表一行的数据大小和一个元素的数据大小，则 M.step[0] == 4, M.step[1] == 1；
  • M.step1(0) == M.cols = 4; M.step1(1) == 1；

假设上面的矩阵数据类型是 CV_8UC3，也就是三通道

  • M.dims == 2； M.channels() == 3；M.depth() == 0；
  • M.elemSize() == 3 （每一个元素包含3个uchar值） M.elemSize1() == 1 （elemSize / channels）
  • M.step[0] == M.cols * M.elemSize() == 12, M.step[1] == M.channels() * M.elemSize1() == M.elemSize() == 3；
  • M.step(0) == M.cols * M.channels() == 12 ; M.step(1) == M.channels() == 3；

图片分析2：考虑三维情况（stored plane by plane）按面存储

OpenCV中对Mat里面depth,dims,channels,step,data,elemSize和数据地址计算的理解

上面是一个 3 X 4 X 6 的矩阵，假设其数据类型为 CV_16SC4，也就是 short 类型

  • M.dims == 3 ; M.channels() == 4 ; M.elemSize1() == sizeof(short) == 2 ;
  • M.rows == M.cols == –1；
  • M.elemSize() == M.elemSize1() * M.channels() == M.step[M.dims-1] == M.step[2] == 2 * 4 == 8;
  • M.step[0] == 4 * 6 * M.elemSize() == 192；
  • M.step[1] == 6 * M.elemSize() == 48；
  • M.step[2] == M.elemSize() == 8；
  • M.step1(0) == M.step[0] / M.elemSize() == 48 / 2 == 96 （第一维度(即面的元素个数) * 通道数）；
  • M.step1(1) == M.step[1] / M.elemSize() == 12 / 2 == 24（第二维度(即行的元素个数/列宽) * 通道数）；
  • M.step1(2) == M.step[2] / M.elemSize() == M.channels() == 4（第三维度(即元素) * 通道数）；

End :

Author : Ggicci

谢谢阅读，有误希望指正！

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