【OpenCV入门教程之三】图像的载入，显示和输出一站式完全解析

来源：互联网发布：淘宝评价多久生效编辑：程序博客网时间：2024/06/05 02:46

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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：

[cpp] view plaincopyprint?
#include <opencv2/core/core.hpp>
#include<opencv2/highgui/highgui.hpp>

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::Matpic(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：
[cpp] view plaincopyprint?
MatmyMat= 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：

[cpp] view plaincopyprint?
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：
[cpp] view plaincopyprint?
enum
{
/* 8bit, color or not */
   CV_LOAD_IMAGE_UNCHANGED  =-1,
/* 8bit, gray */
   CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE  =0,
/* ?, color */
   CV_LOAD_IMAGE_COLOR      =1,
/* any depth, ? */
   CV_LOAD_IMAGE_ANYDEPTH   =2,
/* ?, any color */
   CV_LOAD_IMAGE_ANYCOLOR   =4
};

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：

[cpp] view plaincopyprint?
Mat image0=imread("dota.jpg",CV_LOAD_IMAGE_ANYDEPTH | CV_LOAD_IMAGE_ANYCOLOR);//载入最真实的图像
ge1=imread("dota.jpg",0);//载入灰度图
Mat image2=imread("dota.jpg",199);//载入3通道的彩色图像
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：
[cpp] view plaincopyprint?
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。
[cpp] view plaincopyprint?
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：

[cpp] view plaincopyprint?
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：
[cpp] view plaincopyprint?
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：

[cpp] view plaincopyprint?
class CV_EXPORTS _InputArray
{
public:
   enum {
       KIND_SHIFT = 16,
        FIXED_TYPE = 0x8000 << KIND_SHIFT,
       FIXED_SIZE = 0x4000 << KIND_SHIFT,
       KIND_MASK = ~(FIXED_TYPE|FIXED_SIZE) - (1 << KIND_SHIFT) + 1,

       NONE              = 0 <<KIND_SHIFT,
       MAT               = 1 <<KIND_SHIFT,
       MATX              = 2 <<KIND_SHIFT,
       STD_VECTOR        = 3 <<KIND_SHIFT,
       STD_VECTOR_VECTOR = 4 << KIND_SHIFT,
       STD_VECTOR_MAT    = 5 <<KIND_SHIFT,
       EXPR              = 6 <<KIND_SHIFT,
       OPENGL_BUFFER     = 7 <<KIND_SHIFT,
       OPENGL_TEXTURE    = 8 <<KIND_SHIFT,
       GPU_MAT           = 9 <<KIND_SHIFT,
       OCL_MAT           =10 <<KIND_SHIFT
   };
   _InputArray();

   _InputArray(const Mat& m);
   _InputArray(const MatExpr& expr);
   template<typename _Tp> _InputArray(const _Tp* vec, int n);
   template<typename _Tp> _InputArray(const vector<_Tp>&vec);
   template<typename _Tp> _InputArray(constvector<vector<_Tp> >& vec);
   _InputArray(const vector<Mat>& vec);
   template<typename _Tp> _InputArray(const vector<Mat_<_Tp>>& vec);
   template<typename _Tp> _InputArray(const Mat_<_Tp>& m);
   template<typename _Tp, int m, int n> _InputArray(constMatx<_Tp, m, n>& matx);
   _InputArray(const Scalar& s);
   _InputArray(const double& val);
   // < Deprecated
   _InputArray(const GlBuffer& buf);
   _InputArray(const GlTexture& tex);
   // >
   _InputArray(const gpu::GpuMat& d_mat);
   _InputArray(const ogl::Buffer& buf);
   _InputArray(const ogl::Texture2D& tex);

   virtual Mat getMat(int i=-1) const;
   virtual void getMatVector(vector<Mat>& mv) const;
   // < Deprecated
   virtual GlBuffer getGlBuffer() const;
   virtual GlTexture getGlTexture() const;
   // >
   virtual gpu::GpuMat getGpuMat() const;
   /*virtual*/ ogl::Buffer getOGlBuffer() const;
   /*virtual*/ ogl::Texture2D getOGlTexture2D() const;

   virtual int kind() const;
   virtual Size size(int i=-1) const;
   virtual size_t total(int i=-1) const;
   virtual int type(int i=-1) const;
   virtual int depth(int i=-1) const;
   virtual int channels(int i=-1) const;
   virtual bool empty() const;

#ifdefOPENCV_CAN_BREAK_BINARY_COMPATIBILITY
   virtual ~_InputArray();
#endif

   int flags;
   void* obj;
   Size sz;
};

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：
[cpp] view plaincopyprint?
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

[cpp] view plaincopyprint?
#include <vector>
#include <stdio.h>
#include<opencv2/opencv.hpp>

using namespace cv;
using namespace std;

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( )
{
//创建带alpha通道的Mat
Matmat(480, 640, CV_8UC4);
createAlphaMat(mat);

vector<int>compression_params;
compression_params.push_back(CV_IMWRITE_PNG_COMPRESSION);
compression_params.push_back(9);

try{
        imwrite("透明Alpha值图.png", mat, compression_params);
}
catch(runtime_error& ex) {
        fprintf(stderr,"图像转换成PNG格式发生错误：%s\n", ex.what());
        return1;
}

fprintf(stdout,"PNG图片文件的alpha数据保存完毕~\n");
return0;
}

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：

[cpp] view plaincopyprint?
//-----------------------------------【程序说明】----------------------------------------------
//  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
// VS2010版   OpenCV版本：2.4.8
//      2014年3月5日 Create by 浅墨
//  描述：图像的载入，显示与输出一站式剖析   配套源码
//  图片素材出处：dota2原画圣堂刺客 dota2 logo  动漫人物
//------------------------------------------------------------------------------------------------


#include<opencv2/core/core.hpp>
#include<opencv2/highgui/highgui.hpp>

using namespace cv;


int main( )
{
//-----------------------------------【一、图像的载入和显示】--------------------------------------
//     描述：以下三行代码用于完成图像的载入和显示
//--------------------------------------------------------------------------------------------------

Matgirl=imread("girl.jpg"); //载入图像到Mat
namedWindow("【1】动漫图"); //创建一个名为 "【1】动漫图"的窗口
imshow("【1】动漫图",girl);//显示名为 "【1】动漫图"的窗口

//-----------------------------------【二、初级图像混合】--------------------------------------
//     描述：二、初级图像混合
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
//载入图片
Matimage= imread("dota.jpg",199);
Matlogo= imread("dota_logo.jpg");

//载入后先显示
namedWindow("【2】原画图");
imshow("【2】原画图",image);

namedWindow("【3】logo图");
imshow("【3】logo图",logo);

//定义一个Mat类型，用于存放，图像的ROI
MatimageROI;
//方法一
imageROI=image(Rect(800,350,logo.cols,logo.rows));
//方法二
//imageROI=image(Range(350,350+logo.rows),Range(800,800+logo.cols));

//将logo加到原图上
addWeighted(imageROI,0.5,logo,0.3,0.,imageROI);

//显示结果
namedWindow("【4】原画+logo图");
imshow("【4】原画+logo图",image);

//-----------------------------------【三、图像的输出】--------------------------------------
//     描述：将一个Mat图像输出到图像文件
//-----------------------------------------------------------------------------------------------
//输出一张jpg图片到工程目录下
imwrite("我喜欢打dota2 by浅墨.jpg",image);

waitKey();

return0;
}

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：）