本系列文章由@浅墨_毛星云 出品,转载请注明出处。  

 

文章链接: http://blog.csdn.net/poem_qianmo/article/details/20537737

 

作者:毛星云(浅墨)    邮箱: happylifemxy@163.com 

写作当前博文时配套使用的OpenCV版本: 2.4.8


 

这篇文章中,我们将详细而深入地弄懂入门OpenCV2最基本的问题,那就是图像的载入,显示和输出。

PS:文章末尾提供了博文配套程序源代码的下载。

 

依然是先看一张运行截图:

 

 

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、开胃菜之一 • 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usingnamespace 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   
  2. #include  
  3.    
  4. using namespace cv;  


 

 

 

二、开胃菜之二 • 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("dota.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higui_c.h中发现这个枚举的定义是这样的:

 

  1. enum  
  2. {  
  3. /* 8bit, color or not */  
  4.    CV_LOAD_IMAGE_UNCHANGED  =-1,  
  5. /* 8bit, gray */  
  6.    CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE  =0,  
  7. /* ?, color */  
  8.    CV_LOAD_IMAGE_COLOR      =1,  
  9. /* any depth, ? */  
  10.    CV_LOAD_IMAGE_ANYDEPTH   =2,  
  11. /* ?, any color */  
  12.    CV_LOAD_IMAGE_ANYCOLOR   =4  
  13. };  

 

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。

 

如果你搞怪,flags取1999,也是可以的,这时就表示返回一个3通道的彩色图像。

 

 

好了,讲了这么多,来几个载入示例,一看就懂:

 

  1. Mat image0=imread("dota.jpg",CV_LOAD_IMAGE_ANYDEPTH | CV_LOAD_IMAGE_ANYCOLOR);//载入最真实的图像  
  2. ge1=imread("dota.jpg",0);//载入灰度图  
  3. Mat image2=imread("dota.jpg",199);//载入3通道的彩色图像  
  4. Mat logo=imread("dota_logo.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 namedWindow(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:

 

 

  1. CV_EXPORTS_W void imshow(const string&winname, InputArray mat);  

 

 

进一步对InputArray转到定义,在core.hpp中查到一个typedef声明:

 

  1. typedef const _InputArray& InputArray;  

 

这其实一个类型声明引用,就是说_InputArray和InputArray是一个意思,既然他们是一个意思,我们就来做最后一步,对_InputArray进行转到定义,终于,我们在core.hpp发现了InputArray的真身:

 

 

  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 <
  11.        MAT               = 1 <
  12.        MATX              = 2 <
  13.        STD_VECTOR        = 3 <
  14.        STD_VECTOR_VECTOR = 4 << KIND_SHIFT,  
  15.        STD_VECTOR_MAT    = 5 <
  16.        EXPR              = 6 <
  17.        OPENGL_BUFFER     = 7 <
  18.        OPENGL_TEXTURE    = 8 <
  19.        GPU_MAT           = 9 <
  20.        OCL_MAT           =10 <
  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 >& vec);  
  29.    _InputArray(const vector& vec);  
  30.    template<typename _Tp> _InputArray(const vector>& 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& 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&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_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

 

  1. #include   
  2. #include   
  3. #include  
  4.    
  5. using namespace cv;  
  6. using namespace std;  
  7.    
  8. void createAlphaMat(Mat &mat)  
  9. {  
  10. for(int i = 0; i < mat.rows; ++i) {  
  11.         for(int j = 0; j < mat.cols; ++j) {  
  12.                Vec4b&rgba = mat.at(i, j);  
  13.                rgba[0]= UCHAR_MAX;  
  14.                rgba[1]= saturate_cast((float (mat.cols - j)) / ((float)mat.cols) *UCHAR_MAX);  
  15.                rgba[2]= saturate_cast((float (mat.rows - i)) / ((float)mat.rows) *UCHAR_MAX);  
  16.                rgba[3]= saturate_cast(0.5 * (rgba[1] + rgba[2]));  
  17.         }  
  18. }  
  19. }  
  20.    
  21. int main( )  
  22. {  
  23. //创建带alpha通道的Mat  
  24. Mat mat(480, 640, CV_8UC4);  
  25. createAlphaMat(mat);  
  26.    
  27. vector<int>compression_params;  
  28. compression_params.push_back(CV_IMWRITE_PNG_COMPRESSION);  
  29. compression_params.push_back(9);  
  30.    
  31. try{  
  32.         imwrite("透明Alpha值图.png", mat, compression_params);  
  33. }  
  34. catch(runtime_error& ex) {  
  35.         fprintf(stderr,"图像转换成PNG格式发生错误:%s\n", ex.what());  
  36.         return1;  
  37. }  
  38.    
  39. fprintf(stdout,"PNG图片文件的alpha数据保存完毕~\n");  
  40. return 0;  
  41. }  

 

 

 

五、一个综合示例

 

 

最后是一个综合示例,载入图像,进行简单图像混合,显示图像,并且输出混合后的图像到jpg。

由于篇幅原因,这里的图像混合具体细节我们放到稍后的文章中再讲,现在先给大家看看混合的效果和源码。囧,因为opencv图像处理真的很少涉及到设计模式的问题,所以很多时候往往就是main函数中塞满一串串代码打天下,即便是OpenCV官方的示例都是如此。

好了,如下就是这篇文章配套综合示例的配套源码,非常的简单明了:

 

 

 

  1. //-----------------------------------【程序说明】----------------------------------------------  
  2. //  程序名称::【OpenCV入门教程之三】图像的载入,显示与输出 一站式完全解析 博文配套源码  
  3. // VS2010版   OpenCV版本:2.4.8  
  4. //      2014年3月5日 Create by 浅墨  
  5. //  描述: 图像的载入,显示与输出 一站式剖析   配套源码  
  6. //  图片素材出处:dota2原画圣堂刺客 dota2 logo  动漫人物  
  7. //------------------------------------------------------------------------------------------------  
  8.    
  9.    
  10. #include  
  11. #include  
  12.    
  13. using namespace cv;  
  14.    
  15.    
  16. int main( )  
  17. {  
  18. //-----------------------------------【一、图像的载入和显示】--------------------------------------  
  19. //     描述:以下三行代码用于完成图像的载入和显示  
  20. //--------------------------------------------------------------------------------------------------  
  21.    
  22. Mat girl=imread("girl.jpg"); //载入图像到Mat  
  23. namedWindow("【1】动漫图"); //创建一个名为 "【1】动漫图"的窗口   
  24. imshow("【1】动漫图",girl);//显示名为 "【1】动漫图"的窗口   
  25.    
  26. //-----------------------------------【二、初级图像混合】--------------------------------------  
  27. //     描述:二、初级图像混合  
  28. //-----------------------------------------------------------------------------------------------  
  29. //载入图片  
  30. Mat image= imread("dota.jpg",199);  
  31. Mat logo= imread("dota_logo.jpg");  
  32.    
  33. //载入后先显示  
  34. namedWindow("【2】原画图");  
  35. imshow("【2】原画图",image);  
  36.    
  37. namedWindow("【3】logo图");  
  38. imshow("【3】logo图",logo);  
  39.    
  40. //定义一个Mat类型,用于存放,图像的ROI  
  41. Mat imageROI;  
  42. //方法一  
  43. imageROI=image(Rect(800,350,logo.cols,logo.rows));  
  44. //方法二  
  45. //imageROI=image(Range(350,350+logo.rows),Range(800,800+logo.cols));  
  46.    
  47. //将logo加到原图上  
  48. addWeighted(imageROI,0.5,logo,0.3,0.,imageROI);  
  49.    
  50. //显示结果  
  51. namedWindow("【4】原画+logo图");  
  52. imshow("【4】原画+logo图",image);  
  53.    
  54. //-----------------------------------【三、图像的输出】--------------------------------------  
  55. //     描述:将一个Mat图像输出到图像文件  
  56. //-----------------------------------------------------------------------------------------------  
  57. //输出一张jpg图片到工程目录下  
  58. imwrite("我喜欢打dota2 by浅墨.jpg",image);  
  59.    
  60. waitKey();  
  61.    
  62. return 0;  
  63. }  

 

 

 

运行这个程序,会弹出四个我们在OpenCV中创建的窗口。

下面是运行截图。首先是图像载入和显示的演示,我们载入了一张动漫人物图:

 

 

 

接着是载入一张dota2原画和dota2logo图,为图像融合做准备:

 

 

 

logo图:

 

 

最终,经过处理,得到dota2原画+logo的融合,并输出一张名为我喜欢打dota2 by浅墨.jpg的图片到工程目录下。

 

 

 

 

 嗯,本篇文章到这里就基本结束了,最后放出本篇文章配套示例程序的下载地址。

 

本篇文章的配套源代码请点击这里下载:

 

 

【浅墨OpenCV入门教程之三】图像的载入,显示和输出配套源代码下载

 

OK,本节的内容大概就是这些,我们下篇文章见:)