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  • 学习 opencv---(2) 图像的载入,显示和输出

         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:

    1 #include <opencv2/core/core.hpp>
    2 #include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
    3 
    4 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:  

    1 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:              

    1 Mat imread (const string& filename,intflags=1

              

    ■ 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:

          

         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: 

    1 Mat image = imread("data.jpg",CV_LOAD_IMAGE_ANYDEPTH | CV_LOAD_IMAGE_ANYCOLOR);     //载入最真实的图像
    2 gel = imread ("data.jpg",0);           //载入灰度图
    3 Mat image2 = imread("data.jpg",199);    //载入3通道的彩色图像
    4 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

    1 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。 

    1 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:

         

               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)

              

     1 class CV_EXPORTS _InputArray  
     2 {  
     3 public:  
     4    enum {  
     5        KIND_SHIFT = 16,  
     6         FIXED_TYPE = 0x8000 << KIND_SHIFT,  
     7        FIXED_SIZE = 0x4000 << KIND_SHIFT,  
     8        KIND_MASK = ~(FIXED_TYPE|FIXED_SIZE) - (1 << KIND_SHIFT) + 1,  
     9    
    10        NONE              = 0 <<KIND_SHIFT,  
    11        MAT               = 1 <<KIND_SHIFT,  
    12        MATX              = 2 <<KIND_SHIFT,  
    13        STD_VECTOR        = 3 <<KIND_SHIFT,  
    14        STD_VECTOR_VECTOR = 4 << KIND_SHIFT,  
    15        STD_VECTOR_MAT    = 5 <<KIND_SHIFT,  
    16        EXPR              = 6 <<KIND_SHIFT,  
    17        OPENGL_BUFFER     = 7 <<KIND_SHIFT,  
    18        OPENGL_TEXTURE    = 8 <<KIND_SHIFT,  
    19        GPU_MAT           = 9 <<KIND_SHIFT,  
    20        OCL_MAT           =10 <<KIND_SHIFT  
    21    };  
    22    _InputArray();  
    23    
    24    _InputArray(const Mat& m);  
    25    _InputArray(const MatExpr& expr);  
    26    template<typename _Tp> _InputArray(const _Tp* vec, int n);  
    27    template<typename _Tp> _InputArray(const vector<_Tp>&vec);  
    28    template<typename _Tp> _InputArray(constvector<vector<_Tp> >& vec);  
    29    _InputArray(const vector<Mat>& vec);  
    30    template<typename _Tp> _InputArray(const vector<Mat_<_Tp>>& vec);  
    31    template<typename _Tp> _InputArray(const Mat_<_Tp>& m);  
    32    template<typename _Tp, int m, int n> _InputArray(constMatx<_Tp, m, n>& matx);  
    33    _InputArray(const Scalar& s);  
    34    _InputArray(const double& val);  
    35    // < Deprecated  
    36    _InputArray(const GlBuffer& buf);  
    37    _InputArray(const GlTexture& tex);  
    38    // >  
    39    _InputArray(const gpu::GpuMat& d_mat);  
    40    _InputArray(const ogl::Buffer& buf);  
    41    _InputArray(const ogl::Texture2D& tex);  
    42 
    43 virtual Mat getMat(int i=-1) const;  
    44    virtual void getMatVector(vector<Mat>& mv) const;  
    45    // < Deprecated  
    46    virtual GlBuffer getGlBuffer() const;  
    47    virtual GlTexture getGlTexture() const;  
    48    // >  
    49    virtual gpu::GpuMat getGpuMat() const;  
    50    /*virtual*/ ogl::Buffer getOGlBuffer() const;  
    51    /*virtual*/ ogl::Texture2D getOGlTexture2D() const;  
    52    
    53    virtual int kind() const;  
    54    virtual Size size(int i=-1) const;  
    55    virtual size_t total(int i=-1) const;  
    56    virtual int type(int i=-1) const;  
    57    virtual int depth(int i=-1) const;  
    58    virtual int channels(int i=-1) const;  
    59    virtual bool empty() const;  
    60    
    61 #ifdefOPENCV_CAN_BREAK_BINARY_COMPATIBILITY  
    62    virtual ~_InputArray();  
    63 #endif  
    64    
    65    int flags;  
    66    void* obj;  
    67    Size sz;  
    68 };  

            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:

    1 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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