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【OpenCV入门教程之三】 图像的载入,显示和输出 一站式完全解析

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

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
  1. #include <vector>
  2. #include <stdio.h>
  3. #include<opencv2/opencv.hpp>
  4. using namespace cv;
  5. using namespace std;
  6. void createAlphaMat(Mat &mat)
  7. {
  8. for(int i = 0; i < mat.rows; ++i) {
  9.         for(int j = 0; j < mat.cols; ++j) {
  10.                Vec4b&rgba = mat.at<Vec4b>(i, j);
  11.                rgba[0]= UCHAR_MAX;
  12.                rgba[1]= saturate_cast<uchar>((float (mat.cols – j)) / ((float)mat.cols) *UCHAR_MAX);
  13.                rgba[2]= saturate_cast<uchar>((float (mat.rows – i)) / ((float)mat.rows) *UCHAR_MAX);
  14.                rgba[3]= saturate_cast<uchar>(0.5 * (rgba[1] + rgba[2]));
  15.         }
  16. }
  17. }
  18. int main( )
  19. {
  20. //创建带alpha通道的Mat
  21. Mat mat(480, 640, CV_8UC4);
  22. createAlphaMat(mat);
  23. vector<int>compression_params;
  24. compression_params.push_back(CV_IMWRITE_PNG_COMPRESSION);
  25. compression_params.push_back(9);
  26. try{
  27.         imwrite(“透明Alpha值图.png”, mat, compression_params);
  28. }
  29. catch(runtime_error& ex) {
  30.         fprintf(stderr,“图像转换成PNG格式发生错误:%sn”, ex.what());
  31.         return1;
  32. }
  33. fprintf(stdout,“PNG图片文件的alpha数据保存完毕~n”);
  34. return 0;
  35. }

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:

//———————————–【程序说明】———————————————-

  1. //  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
  2. // VS2010版   OpenCV版本:2.4.8
  3. //  描述: 图像的载入,显示与输出 一站式剖析   配套源码
  4. //  图片素材出处:dota2原画圣堂刺客 dota2 logo  动漫人物
  5. //————————————————————————————————
  6. #include<opencv2/core/core.hpp>
  7. #include<opencv2/highgui/highgui.hpp>
  8. using namespace cv;
  9. int main( )
  10. {
  11. //———————————–【一、图像的载入和显示】————————————–
  12. //     描述:以下三行代码用于完成图像的载入和显示
  13. //————————————————————————————————–
  14. Mat girl=imread(“girl.jpg”); //载入图像到Mat
  15. namedWindow(“【1】动漫图”); //创建一个名为 “【1】动漫图”的窗口 
  16. imshow(“【1】动漫图”,girl);//显示名为 “【1】动漫图”的窗口 
  17. //———————————–【二、初级图像混合】————————————–
  18. //     描述:二、初级图像混合
  19. //———————————————————————————————–
  20. //载入图片
  21. Mat image= imread(“dota.jpg”,199);
  22. Mat logo= imread(“dota_logo.jpg”);
  23. //载入后先显示
  24. namedWindow(“【2】原画图”);
  25. imshow(“【2】原画图”,image);
  26. namedWindow(“【3】logo图”);
  27. imshow(“【3】logo图”,logo);
  28. //定义一个Mat类型,用于存放,图像的ROI
  29. Mat imageROI;
  30. //方法一
  31. imageROI=image(Rect(800,350,logo.cols,logo.rows));
  32. //方法二
  33. //imageROI=image(Range(350,350+logo.rows),Range(800,800+logo.cols));
  34. //将logo加到原图上
  35. addWeighted(imageROI,0.5,logo,0.3,0.,imageROI);
  36. //显示结果
  37. namedWindow(“【4】原画+logo图”);
  38. imshow(“【4】原画+logo图”,image);
  39. //———————————–【三、图像的输出】————————————–
  40. //     描述:将一个Mat图像输出到图像文件
  41. //———————————————————————————————–
  42. //输出一张jpg图片到工程目录下
  43. imwrite(“我喜欢打dota2 by浅墨.jpg”,image);
  44. waitKey();
  45. return 0;
  46. }

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: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:)

转载注明来源:CV视觉网 » 【OpenCV入门教程之三】 图像的载入,显示和输出 一站式完全解析

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