OpenCV2:Mat介绍及常见用法

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-06-07 05:14 432阅读 0赞

#### 1.Mat基础 ####

在计算机内存中，数字图像是已矩阵的形式保存的。OpenCV2中，数据结构Mat是保存图像像素信息的矩阵，它主要包含两部分：矩阵头和一个指向像素数据的矩阵指针。

矩阵头主要包含，矩阵尺寸、存储方法、存储地址和引用次数等。

矩阵头的大小是一个常数，不会随着图像的大小而改变，但是保存图像像素数据的矩阵则会随着图像的大小而改变，通常数据量会很大，比矩阵头大几个数量级。这样，在图像复制和传递过程中，主要的开销是由存放图像像素的矩阵而引起的。因此，OpenCV使用了引用次数，当进行图像复制和传递时，不再复制整个Mat数据，而只是复制矩阵头和指向像素矩阵的指针。例如：

<table style="border-collapse:collapse; border-spacing:0px; border:1px solid silver; width:1256px; word-break:break-word; margin:0px!important; padding:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.1em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; font-size:12px!important; min-height:inherit!important"> 
 <tbody style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.1em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; min-height:inherit!important"> 
  <tr style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.1em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; min-height:inherit!important"> 
   <td style="padding:3px; border:1px solid silver; border-collapse:collapse; margin:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.1em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:35px!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; min-height:inherit!important; color:rgb(175,175,175)!important"> 
    <div style="margin:0px!important; padding:0px 0.5em!important; background-color:rgb(244,244,244)!important; border-width:0px 2px 0px 0px!important; border-right-style:solid!important; border-right-color:rgb(108,226,108)!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; text-align:right!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; min-height:inherit!important; white-space:nowrap!important">
      1 
    </div> 
    <div style="margin:0px!important; padding:0px 0.5em!important; border-width:0px 2px 0px 0px!important; border-right-style:solid!important; border-right-color:rgb(108,226,108)!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; text-align:right!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; min-height:inherit!important; white-space:nowrap!important">
      2 
    </div> 
    <div style="margin:0px!important; padding:0px 0.5em!important; background-color:rgb(244,244,244)!important; border-width:0px 2px 0px 0px!important; border-right-style:solid!important; border-right-color:rgb(108,226,108)!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; text-align:right!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; min-height:inherit!important; white-space:nowrap!important">
      3 
    </div> </td> 
   <td style="padding:3px; border:1px solid silver; border-collapse:collapse; margin:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.1em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; min-height:inherit!important"> 
    <div style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.1em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:relative!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; min-height:inherit!important"> 
     <div style="margin:0px!important; padding:0px 1em!important; background-color:rgb(244,244,244)!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; min-height:inherit!important; white-space:nowrap!important"> 
      <code style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; min-height:inherit!important">cv::Mat a ;</code> 
      <code style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; min-height:inherit!important; color:rgb(0,130,0)!important">//创建矩阵头</code> 
     </div> 
     <div style="margin:0px!important; padding:0px 1em!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; min-height:inherit!important; white-space:nowrap!important"> 
      <code style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; min-height:inherit!important">a = cv::imread(</code> 
      <code style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; min-height:inherit!important; color:blue!important">"f:\\psb.jpg"</code> 
      <code style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; min-height:inherit!important">);</code> 
      <code style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; min-height:inherit!important; color:rgb(0,130,0)!important">//读入图像</code> 
     </div> 
     <div style="margin:0px!important; padding:0px 1em!important; background-color:rgb(244,244,244)!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; min-height:inherit!important; white-space:nowrap!important"> 
      <code style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; min-height:inherit!important">cv::Mat b = a ;</code> 
      <code style="margin:0px!important; padding:0px!important; border:0px!important; bottom:auto!important; float:none!important; height:auto!important; left:auto!important; line-height:1.8em!important; outline:0px!important; overflow:visible!important; position:static!important; right:auto!important; top:auto!important; vertical-align:baseline!important; width:auto!important; font-family:Consolas,'Bitstream Vera Sans Mono','Courier New',Courier,monospace!important; min-height:inherit!important; color:rgb(0,130,0)!important">//复制　</code> 
     </div> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

上面的a，b有各自的矩阵头，但是其矩阵指针指向同一个矩阵，也就是其中任何一个改变了矩阵数据都会影响另外一个。

那么，多个Mat共用一个矩阵数据，最后谁来释放矩阵数据呢？

这就是引用计数的作用，当Mat对象每被复制一次时，就会将引用计数加1，而每销毁一个Mat对象（共用同一个矩阵数据）时引用计数会被减1，当引用计数为0时，矩阵数据会被清理。

![Image 1][]

上图是Mat对象a，b共用一个矩阵，故其引用计数refcount为2.

但是有些时候仍然会需要复制矩阵数据本身（不只是矩阵头和矩阵指针），这时候可以使用clone 和copyTo方法。

cv::Mat c = a.clone();
    cv::Mat d ;
    a.copyTo(d);

上面代码中的c，d各自拥有自己的矩阵，改变自己的矩阵数据不会相互影响。

在使用Mat中，需要记住：

1.  OpenCV中的内存分配是自动完成的（不是特别指定的话）
2.  使用OpenCV的C++ 接口时不需要考虑内存释放问题
3.  Mat的赋值运算和拷贝构造函数只会拷贝矩阵头，仍然共同同一个矩阵
4.  如果要复制矩阵数据，可以使用clone和copyTo函数

#### 2.Mat存储方法 ####

Mat中矩阵的每个元素可以使用不同的数据类型，最小的数据类型是char，占用一个字节或者8位，可以是有符号的（0到255）或者是无符号的（-127到127）。在RGB颜色空间中，使用三个char类型可以表示1600万中颜色，但在图像处理的过程中有可能会使用到float或者double来表示图像的像素。

#### Mat的创建 ####

###### 构造函数 ######

cv::Mat img(2,2,CV_8UC3,cv::Scalar(0,0,255));

上述代码创建了一个2行2列的矩阵，矩阵元素使用8位无符号char类型保存，具有3通道，每个像素的初始值是（0，0，255）  
构造函数的前两个参数指定了矩阵的行和列  
第三个参数指定矩阵元素的数据类型以及通道数，其指定规则如下：

CV_[The number of bits per item][Signed or Unsigned][TypePrefix]C[The channel number]

四部分分别指定：元素的大小，是有符号还是无符号，数据类型以及通道数

最后一个参数，Scalar是short型的vector，提供矩阵的初始化。

###### Create方法 ######

该方法不能为矩阵设置初始值，只是在改变尺寸时为矩阵数据重新分配内存。使用方法：

img.create(4,4,CV_8UC(2));

创建了一个4行4列有2个通道的矩阵

###### MATLAB形式的初始化 ######

cv::Mat e = cv::Mat::eye(4,4,CV_64F);
    cv::Mat z = cv::Mat::ones(2,2,CV_32F);
    cv::Mat o = cv::Mat::zeros(3,3,CV_8UC1);

Mat e是4行4列的对角矩阵

Mat z是2行2列的单位矩阵

Mat o是3行3列的零矩阵

###### 小矩阵的初始化 ######

对于小矩阵可以使用逗号分割的初始化函数

Mat c =(Mat_<double>(3,3)<<1,2,3,0,-1,0,4,5,6);

在对图像进行模板运算时，定义模板使用这种方法是很方便的。

#### 3.Mat的输入输出 ####

###### 使用imread函数，向Mat对象中写入一个图像。 ######

a = cv::imread("f:\\psb.jpg");//读入图像

imread的原型如下

cv::Mat imread(const string& filename,int flags=1)

filename指定要读取图像的位置

flags指定图像的颜色空间

flags > 0 3通道的彩色图像

flags = 0 灰度图像

flags < 0 不作改变

也可以有以下的枚举值

CV\_LOAD\_IMAGE\_ANYDEPTH、 CV\_LOAD\_IMAGE\_COLOR、 CV\_LOAD\_IMAGE\_GRAYSCALE

###### 使用imwrite函数，将Mat对象保存到指定的文件中。 ######

imwrite的函数原型如下：

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

filename，指定的文件

img  要保存的Mat对象

params 用来指定图像的保存编码方式。

使用filename的扩展名来指定图像的保存格式（.jpg  .png  .bmp），对于不同的图像保存类型，params是不同的值

*  JPEG，params用来指定图像的质量（0到100），默认的是95.  CV\_IMWRITE\_JPEG\_QUALITY
 *  PNG，params用来指定图像的压缩级别（0到9），压缩级别越高图像占用的空间越小，保存图像所用的时间越久。默认值是3. CV\_IMWRITE\_PNG\_COMPRESSION
 *  PPM,PGM,PBM，params是一个标记（0或者1），默认的是1.CV\_IMWRITE\_PXM\_BINARY

imwrite只能保存8位（ 或者是16位无符号（CV\_16UC）的PNG,JPEG200或者TIFF图像） 单通道或者三通道的图像， 如果要保存的不是这样的图片，可以使用convertTo或者cvtColor来进行转变。

下面代码展示了如果使用imwrite向文件中写入一个4通道的png图像

![复制代码][copycode.gif]

void createAlphaMat(Mat &mat) 
    {
        for(int i = 0 ; i < mat.rows ; i ++) {
            for(int j = 0 ; j < mat.cols ; j ++) {
                Vec4b &rgba = mat.at<Vec4b>(i,j);
                rgba[0] = UCHAR_MAX ;
                rgba[1] = saturate_cast<uchar>((float (mat.cols - j)) / ((float)mat.cols) * UCHAR_MAX);
                rgba[2] = saturate_cast<uchar>((float (mat.rows - i)) / ((float)mat.rows) * UCHAR_MAX);
                rgba[3] = saturate_cast<uchar>(0.5 * (rgba[1] + rgba[2]));
            }
        }
    }
    int main()
    {
        Mat mat(480,640,CV_8UC4);
        createAlphaMat(mat);
    
        vector<int> compression_params ;
        compression_params.push_back(CV_IMWRITE_PNG_COMPRESSION);
        compression_params.push_back(9);
    
        imwrite("alpha.png",mat,compression_params);
    
        return 0;
    }

![复制代码][copycode.gif]

#### 4.Mat的显示 ####

OpenCV提供了用以窗口的形式显示图片的方法，代码如下：

Mat img = imread("f:\psb.jpg");
    const string name ="Hu";
    namedWindow(name);
    imshow(name,img);
    waitKey();

原文出处：http://www.cnblogs.com/wangguchangqing/p/3841271.html

[Image 1]: 
[copycode.gif]: /images/20220607/afd4c8f6ea944cc8acc69b463ebfdd56.png