学习 opencv---(2) 图像的载入，显示和输出

时间：2021-11-25 10:33:46

了解过之前老版本OpenCV的童鞋们都应该清楚，对于OpenCV1.0时代的基于 C 语言接口而建的图像存储格式IplImage*，如果在退出前忘记release掉的话，就会照成内存泄露。而且用起来超级麻烦，我们往往在debug的时候，很大一部分时间在纠结手动释放内存的问题。虽然对于小型的程序来说手动管理内存不是问题，但一旦我们写的代码变得越来越庞大，我们便会开始越来越多地纠缠于内存管理的问题，而不是着力解决你的开发目标。

这，就有些舍本逐末的感觉了。

而浅墨在这篇文章开头想说，自从OpenCV踏入2.0时代，用Mat类数据结构作为主打之后，OpenCV变得越发像需要很少编程涵养的Matlab那样，上手超级快。甚至有些函数名称都和matlab一样，比如大家所熟知的imread，imwrite，imshow等函数。

这对于我们广大图像处理领域的孩子们来说，这的确是一个可喜可贺的事情。

这篇文章中，我们主要来详细看一看入门OpenCV2最基本的问题，那就图像的载入，显示和输出。

一 关于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。

另外一种是在使用OpenCV类和函数时，都加入cv::命名空间。不过这种情况难免会不爽，每用一个OpenCV的类或者函数，都要多敲四下键盘写出cv::，很麻烦。

所以，浅墨推崇大家在代码开头的适当位置，加上using namespace cv;这句。于是和opencv命名空间一了百了了。

比如浅墨，在写简单的OpenCV程序的时候，如下这三句是标配：

 #include <opencv2/core/core.hpp>

 #include <opencv2/highgui/highgui.hpp>

 using namespace cv;

二 关于Mat类型

cv::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，我们也可以指定初始尺寸,比如，比如定义一个Mat类对象，就要写cv::Mat pic(320,640,cv::Scalar(100));

Mat类型作为OpenCV2新纪元的重要代表“人物”，浅墨准备在稍后的文章中，花长篇幅详细讲解它，现在我们只要理解，它是对应于OpenCV1.0时代的IplImage的主要用来存放图像的数据结构就行了。对于这篇文章，我们需要用到关于Mat其实就简单的这样一句代码：

 Mat myMat = imread(data.jpg);

表示从工程目录下把一幅名为dota.jpg的jpg类型的图像载入到Mat类型的myMat中。这里的imread函数这篇文章的下文就会详细剖析到。

好吧，开胃菜就是这么多了，下面来看看今天的主要内容，图像的载入和显示，处理图像混合，设置感兴趣区域以及如何输出图像，一项一项来击破吧。

三、图像的载入和显示

在新版本的OpenCV2中，最简单的图像载入和显示只需要3句代码，非常便捷。这三句代码分别对应了三个函数，他们分别是：imread( ), namedWindow( )以及imshow( )。我们依次来解析一下这三个函数。

1.imread函数

首先，我们看imread函数，可以在OpenCV官方文档中查到其原型如下：

 Mat imread (const string& filename,intflags=

■ 第一个参数，const string&类型的filename，填我们需要载入的图片路径名。

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

■ 第二个参数，int类型的flags，为载入标识，它指定一个加载图像的颜色类型。可以看到它自带缺省值1.所以有时候这个参数在调用时我们可以忽略，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。

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imgcodecs_c.h中发现这个枚举的定义是这样的：

学习 opencv---(2) 图像的载入，显示和输出

相应的解释：

---CV_LOAD_IMAGE_UNCHANGED，这个标识在新版本中被废置了，忽略。

---CV_LOAD_IMAGE_ANYDEPTH- 如果取这个标识的话，若载入的图像的深度为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。

---CV_LOAD_IMAGE_COLOR- 如果取这个标识的话，总是转换图像到彩色一体

---CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE- 如果取这个标识的话，始终将图像转换成灰度1

如果输入有冲突的标志，将采用较小的数字值。比如CV_LOAD_IMAGE_COLOR | CV_LOAD_IMAGE_ANYCOLOR 将载入3通道图。

如果想要载入最真实的图像，选择CV_LOAD_IMAGE_ANYDEPTH | CV_LOAD_IMAGE_ANYCOLOR。

因为flags是int型的变量，如果我们不在这个枚举体中取值的话，还可以这样来：

  • 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通道的加载的图像。

需要注意的点：输出的图像默认情况下是不载入Alpha通道进来的。如果我们需要载入Alpha通道的话呢，这里就需要取负值。

好了，讲了这么多，来几个载入示例，一看就懂：

 Mat image = imread("data.jpg",CV_LOAD_IMAGE_ANYDEPTH | CV_LOAD_IMAGE_ANYCOLOR);     //载入最真实的图像

 gel = imread ("data.jpg",);           //载入灰度图

 Mat image2 = imread("data.jpg",);    //载入3通道的彩色图像

 Mat logo = imread("data.jpg");              //载入3通道的彩色图像

2.namedWindow函数

顾名思义，namedWindow函数，用于创建一个窗口。

函数原型是这样的

 void nameWindow (const string& winname,int flags = WINDOW_AUTOSIZE);

■ 第一个参数，const string&型的name，即填被用作窗口的标识符的窗口名称。

■ 第二个参数，int 类型的flags ，窗口的标识，可以填如下的值：

  • WINDOW_NORMAL设置了这个值，用户便可以改变窗口的大小（没有限制）
  • WINDOW_AUTOSIZE如果设置了这个值，窗口大小会自动调整以适应所显示的图像，并且不能手动改变窗口大小。
  • WINDOW_OPENGL 如果设置了这个值的话，窗口创建的时候便会支持OpenGL。

函数剖析：

首先需要注意的是，它有默认值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。

但话是这样说，其实对于代码量不大的简单小程序来说，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会自动关闭。

3.imshow函数

在指定的窗口中显示一幅图像。

 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。

这里的InputArray 我们讲一下吧，不然一直是个梗在这边。通过转到定义大法，我们可以在

Highgui.hpp中查到imshow的原型：

学习 opencv---(2) 图像的载入，显示和输出

进一步对InputArray转到定义，在core.hpp中查到一个typedef声明：(没找到刚开始)

学习 opencv---(2) 图像的载入，显示和输出

 class CV_EXPORTS _InputArray

 {

 public:

    enum {

        KIND_SHIFT = ,

         FIXED_TYPE = 0x8000 << KIND_SHIFT,

        FIXED_SIZE = 0x4000 << KIND_SHIFT,

        KIND_MASK = ~(FIXED_TYPE|FIXED_SIZE) - ( << KIND_SHIFT) + ,  

        NONE              =  <<KIND_SHIFT,

        MAT               =  <<KIND_SHIFT,

        MATX              =  <<KIND_SHIFT,

        STD_VECTOR        =  <<KIND_SHIFT,

        STD_VECTOR_VECTOR =  << KIND_SHIFT,

        STD_VECTOR_MAT    =  <<KIND_SHIFT,

        EXPR              =  <<KIND_SHIFT,

        OPENGL_BUFFER     =  <<KIND_SHIFT,

        OPENGL_TEXTURE    =  <<KIND_SHIFT,

        GPU_MAT           =  <<KIND_SHIFT,

        OCL_MAT           = <<KIND_SHIFT

    };

    _InputArray();  

    _InputArray(const Mat& m);

    _InputArray(const MatExpr& expr);

    template<typename _Tp> _InputArray(const _Tp* vec, int n);

    template<typename _Tp> _InputArray(const vector<_Tp>&vec);

    template<typename _Tp> _InputArray(constvector<vector<_Tp> >& vec);

    _InputArray(const vector<Mat>& vec);

    template<typename _Tp> _InputArray(const vector<Mat_<_Tp>>& vec);

    template<typename _Tp> _InputArray(const Mat_<_Tp>& m);

    template<typename _Tp, int m, int n> _InputArray(constMatx<_Tp, m, n>& matx);

    _InputArray(const Scalar& s);

    _InputArray(const double& val);

    // < Deprecated

    _InputArray(const GlBuffer& buf);

    _InputArray(const GlTexture& tex);

    // >

    _InputArray(const gpu::GpuMat& d_mat);

    _InputArray(const ogl::Buffer& buf);

    _InputArray(const ogl::Texture2D& tex);  

 virtual Mat getMat(int i=-) const;

    virtual void getMatVector(vector<Mat>& mv) const;

    // < Deprecated

    virtual GlBuffer getGlBuffer() const;

    virtual GlTexture getGlTexture() const;

    // >

    virtual gpu::GpuMat getGpuMat() const;

    /*virtual*/ ogl::Buffer getOGlBuffer() const;

    /*virtual*/ ogl::Texture2D getOGlTexture2D() const;  

    virtual int kind() const;

    virtual Size size(int i=-) const;

    virtual size_t total(int i=-) const;

    virtual int type(int i=-) const;

    virtual int depth(int i=-) const;

    virtual int channels(int i=-) const;

    virtual bool empty() const;  

 #ifdefOPENCV_CAN_BREAK_BINARY_COMPATIBILITY

    virtual ~_InputArray();

 #endif  

    int flags;

    void* obj;

    Size sz;

 };

可以看到，_InputArray类的里面首先定义了一个枚举，然后是各类的模板类型和一些方法。更复杂的我们暂且不挖深讲了，很多时候，遇到函数原型中的InputArray类型，我们把它简单地当做Mat类型就行了。

imshow 函数详解：

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：

  • 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[0,255 x 256]映射到[0,255]。
  • 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]。

还有一点，若窗口创建（namedWindow函数）的时候，如果设定了支持OpenGL（WINDOW_OPENGL ），那么imshow还支持ogl::Buffer ,ogl::Texture2D以及gpu::GpuMat作为输入。

四、输出图像到文件——imwrite函数

在OpenCV中，输出图像到文件，我们一般都用imwrite函数，它的声明如下：

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

■ 第一个参数，const string&类型的filename，填需要写入的文件名就行了，带上后缀，比如，“123.jpg”这样。

■ 第二个参数，InputArray类型的img，一般填一个Mat类型的图像数据就行了。

■ 第三个参数，const vector<int>&类型的params，表示为特定格式保存的参数编码，它有默认值vector<int>()，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_PNG_COMPRESSION）从0到9。较高的值意味着更小的尺寸和更长的压缩时间，而默认值是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，而默认值是1

函数解析：

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样，为了方便查看，我们在这里再列一遍

  • 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光栅格式 - *.sr, *.ras
  • TIFF 文件 - *.tiff, *.tif

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