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OpenCV基础篇之Mat数据结构.md

File metadata and controls

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程序及分析

/*
 * FileName : MatObj.cpp
 * Author   : xiahouzuoxin @163.com
 * Version  : v1.0
 * Date     : Thu 15 May 2014 09:12:45 PM CST
 * Brief    : 
 * 
 * Copyright (C) MICL,USTB
 */
#include <cv.h>
#include <highgui.h>
#include <iostream>

using namespace std;
using namespace cv;

int main(void)
{
    /*
     * Create Mat
     */
    Mat M(2,2,CV_8UC3, Scalar(0,0,255));
    cout << "M=" << endl << " " << M << endl << endl;

    /*
     * Matlab style
     */
    Mat E = Mat::eye(4,4,CV_64F);
    cout << "E=" << endl << " " << E << endl << endl;
    E = Mat::ones(4,4,CV_64F);
    cout << "E=" << endl << " " << E << endl << endl;
    E = Mat::zeros(4,4,CV_64F);
    cout << "E=" << endl << " " << E << endl << endl;


    /*
     * Convert IplImage to Mat
     */
    IplImage *img = cvLoadImage("../test_imgs/Lena.jpg");
    Mat L(img);
    namedWindow("Lena.jpg", CV_WINDOW_AUTOSIZE); 
    imshow("Lena.jpg", L);
    waitKey(0);

    /*
     * Init Mat with separated data
     */
    Mat C = (Mat_<int>(3,3) << 0,1,2,3,4,5,6,7,8);
    cout << "C=" << endl << " " << C << endl << endl;


    return 0;
}
  1. Mat是OpenCV最基本的数据结构,Mat即矩阵(Matrix)的缩写,Mat数据结构主要包含2部分:Header和Pointer。Header中主要包含矩阵的大小,存储方式,存储地址等信息;Pointer中存储指向像素值的指针。我们在读取图片的时候就是将图片定义为Mat类型,其重载的构造函数一大堆,

    class CV_EXPORTS Mat
    {
    public:
        //! default constructor
        Mat();
        //! constructs 2D matrix of the specified size and type
        // (_type is CV_8UC1, CV_64FC3, CV_32SC(12) etc.)
        Mat(int _rows, int _cols, int _type);
        Mat(Size _size, int _type);
        //! constucts 2D matrix and fills it with the specified value _s.
        Mat(int _rows, int _cols, int _type, const Scalar& _s);
        Mat(Size _size, int _type, const Scalar& _s);
        
        //! constructs n-dimensional matrix
        Mat(int _ndims, const int* _sizes, int _type);
        Mat(int _ndims, const int* _sizes, int _type, const Scalar& _s);
        
        //! copy constructor
        Mat(const Mat& m);
        //! constructor for matrix headers pointing to user-allocated data
        Mat(int _rows, int _cols, int _type, void* _data, size_t _step=AUTO_STEP);
        Mat(Size _size, int _type, void* _data, size_t _step=AUTO_STEP);
        Mat(int _ndims, const int* _sizes, int _type, void* _data, const size_t* _steps=0);
        
        //! creates a matrix header for a part of the bigger matrix
        Mat(const Mat& m, const Range& rowRange, const Range& colRange=Range::all());
        Mat(const Mat& m, const Rect& roi);
        Mat(const Mat& m, const Range* ranges);
        //! converts old-style CvMat to the new matrix; the data is not copied by default
        Mat(const CvMat* m, bool copyData=false);
        //! converts old-style CvMatND to the new matrix; the data is not copied by default
        Mat(const CvMatND* m, bool copyData=false);
        //! converts old-style IplImage to the new matrix; the data is not copied by default
        Mat(const IplImage* img, bool copyData=false);
        
        ......
        }
    

    要了解如何初始化Mat结构,就应该了解它的构造函数,比如程序中的第一初始化方式调用额就是

    Mat(int _rows, int _cols, int _type, const Scalar& _s);
    

    这个构造函数。

    IplImage*是C语言操作OpenCV的数据结构,在当时C操纵OpenCV的时候,地位等同于Mat,OpenCV为其提供了一个接口,很方便的直接将IplImage转化为Mat,即使用构造函数

    Mat(const IplImage* img, bool copyData=false);
    

    上面程序中的第二种方法就是使用的这个构造函数。

  2. 关于Mat数据复制:前面说过Mat包括头和数据指针,当使用Mat的构造函数初始化的时候,会将头和数据指针复制(注意:只是指针复制,指针指向的地址不会复制),若要将数据也复制,则必须使用copyTo或clone函数

    mat

  3. Mat还有几个常用的成员函数,在之后的文章中将会使用到:

    //! returns true iff the matrix data is continuous
    // (i.e. when there are no gaps between successive rows).
    // similar to CV_IS_MAT_CONT(cvmat->type)
    bool isContinuous() const;
    

    这了解上面的函数作用前,得了解下OpenCV中存储像素的方法,如下,灰度图(单通道)存储按行列存储,

    single_channel

    三通道RGB存储方式如下,每列含有三个通道,

    rgb_channel

    为了加快访问的速度,openCV往往会在内存中将像素数据连续地存储成一行,isContinus()函数的作用就是用于判断是否连续存储成一行。存储成一行有什么好处呢?给定这行的头指针p,则只要使用p++操作就能逐个访问数据。

    因此当判断存放在一行的时候,可以通过数据指针++很容易遍历图像像素:

    long nRows = M.rows * M.channels();  // channels()也是Mat中一个常用的函数,用于获取通道数(RGB=3,灰度=1)
    long nCols = M.cols;
    uchar *p = M.data;  // 数据指针
    if(M.isContinuous())
    {
    	nCols *= nRows;
    	for (long i=0; i < nCols; i++) {
    		*p++ = ...; // 像素赋值或读取操作
    	}		
    }
    

    请注意以上几个常用的Mat成员遍历和函数:

    M.row; // 返回图像行数
    M.nCols;  // 返回图像列数
    M.channels();  //返回通道数
    M.isContinuous(); // 返回bool类型表示是否连续存储
    
  4. 更多关于Mat的信息请参考安装目录下的include/opencv2/core.hpp文件

效果

result

左边是矩阵的一些操作输出结果,右边的图是通过IplImage *结构读入,转换为Mat后显示结果。