OpenCV中的数据结构

  图像的存储方式

在之前的程序中，我们已经使用过IplImage这个数据类型，IplImage是OpenCV1.0中图像的基本数据结构，也是OpenCV1.0最常用的数据类型。下图为我们展示了三种数据结构之间的继承或派生关系：

                                                 

虽然，OpenCV1.0是用C语言实现的，但我们仍然可以在此运用面向对象的思想。

CvArr , CvMat , IplImage 均为结构体，IplImage由CvMat派生，而CvMat由CvArr派生。先查看CvArr 的定义：

可以看到CvArr 并没有具体数据类型的定义，由注释可知，CvArr仅作为函数中接收结构体数据的形参来使用，可视为CvMat和CvArr 的抽象父类。实际上，在OpenCV1.0的库函数中，有大量的函数原型的形参都是CvArr* 类型的，可 用来接收CvMat*和IplImage*数据类型 。

继续看CvMat 的定义：

typedef structCvMat

{

    int type;

    int step;

 

    /* for internal use only */

    int* refcount;

    int hdr_refcount;

 

    union

    {

        uchar* ptr;

        short* s;

        int* i;

        float* fl;

        double* db;

    } data;

 

#ifdef __cplusplus

    union

    {

        int rows;

        int height;

    };

 

    union

    {

        int cols;

        int width;

    };

#else

    int rows;

    int cols;

#endif

 

}

CvMat;

由源代码可知，CvMat数据类型包括行（高度），列（宽度），类型（type），行数据长度（step），和指向数据的指针（data），所以CvMat实际上是一个矩阵头，存储了矩阵数据的描述信息。包括IplImage和Mat在内的图像容器，都是这种将矩阵头和数据体分开的形式，通过矩阵头的数据指针指向数据体的内存位置。

创建CvMat数据

CvMat* cvCreateMat(introws, int cols, int type); /*创建矩阵头并分配内存*/
CV_INLine CvMat cvMat((introws, int cols, int type, void*data CV_DEFAULT); /*用已有数据data初始化矩阵*/
CvMat * cvInitMatHeader(CvMat * mat, int rows, intcols, int type, void * data CV_DEFAULT(NULL), int step CV_DEFAULT(CV_AUTOSTEP));/*(用已有数据data创建矩阵头)*/

 

对于矩阵数据的访问，OpenCV提供了一些宏和库函数来实现，如：

CV_MAT_ELEM();

cvPtr1D(),cvPtr2D(),cvPtr3D()，cvPtrND()

但存取数据最有效和便捷的办法应该是通过CVMat数据结构里的data成员直接访问，示例代码如下：

         introws = mat->rows;

         intcols = mat->cols;

         cout<<rows<<endl;

         cout<<cols<<endl;

 

         for(int i = 0;i<rows;i++)

         {

                   for(int j=0;j<cols;j++)

                   {

                            cout<<(int)*(mat->data.ptr + j +i*mat->step)<<'\t';

                   }

                   cout<<endl;

         }

 

 

 

 

IplImage的定义：

 

typedef struct_IplImage

{

    int  nSize;             /* sizeof(IplImage) */

    int  ID;                /* version (=0)*/

    int  nChannels;         /* Most of OpenCV functionssupport 1,2,3 or 4 channels */

    int  alphaChannel;      /* Ignored by OpenCV */

    int  depth;             /* Pixel depth in bits:IPL_DEPTH_8U, IPL_DEPTH_8S, IPL_DEPTH_16S,

                               IPL_DEPTH_32S,IPL_DEPTH_32F and IPL_DEPTH_64F are supported. */

    char colorModel[4];     /* Ignored by OpenCV*/

    char channelSeq[4];     /* ditto */

    int  dataOrder;         /* 0 - interleaved colorchannels, 1 - separate color channels.

                               cvCreateImagecan only create interleaved images */

    int  origin;            /* 0 - top-left origin,

                               1 - bottom-leftorigin (Windows bitmaps style).  */

    int  align;             /* Alignment of image rows (4or 8).

                               OpenCV ignoresit and uses widthStep instead.    */

    int  width;             /* Image width inpixels.                           */

    int  height;            /* Image height inpixels.                          */

    struct _IplROI *roi;    /* Image ROI. IfNULL, the whole image is selected. */

    struct _IplImage *maskROI;      /* Must be NULL. */

    void  *imageId;                 /* "           " */

    struct _IplTileInfo *tileInfo;  /* "           " */

    int  imageSize;         /* Image data size in bytes

                              (==image->height*image->widthStep

                               in case ofinterleaved data)*/

    char *imageData;        /* Pointer to alignedimage data.         */

    int  widthStep;         /* Size of aligned image rowin bytes.    */

    int BorderMode[4];     /* Ignored byOpenCV.                     */

    int BorderConst[4];    /* Ditto.                                 */

    char *imageDataOrigin;  /* Pointer to veryorigin of image data

                               (not necessarilyaligned) -

                               needed forcorrect deallocation */

}

IplImage;

 

相比于CVMat，IplImage增加了一些成员变量使之可被解释为图像。一些重要的成员变量如下：

int width：图像宽度（列）

 int height：图像高度（行）

int  widthStep：矩阵中每一行数据所占的内存大小

int imageSize：图像在所占内存空间大小，单位为字节（注意：与成员变量nSize区别开，nSize 返回的是sizeof(IplImage),即矩阵头的大小，   

imageSize==image->height*image->widthStep，即数据矩阵所占空间大小）

int nChannels： 通道数

 

相应输出：

 

char*imageData ：指向图像数据的指针，CVMat中的data

代码（按行遍历输出数据）：

输出结果：

 

关于通道的概念：

比较通俗易懂的解释是：灰度图的通道数为1，彩色图的通道为3。基本上，描述一个像素点，如果是灰度，那么只需要一个数值来描述它，就是单通道。如果一个像素点，有RGB三种颜色来描述它，就是三通道。

实际上，通道数可取的值是1,2,3和4.

灰度图（单通道）：

RGB图（三通道）：

现在考虑之前的代码，采用彩色图的读取方式，通道值为3，从之前的输出可以看到成员width和widthStep正好是1:3的关系；

将图像的读取方式改为灰度图，再进行输出如下：

此时width和widthStep正好相等，imageSize也缩小为原来的1/3，读者可自行检测。

 

Mat数据类型：

Mat是opencv2.0推出的新的数据结构，基本可以取代之前的cvMat和lplImage，相比之下Mat最大的好处就是能够更加方便的进行内存管理，不再需要程序员手动管理内存的释放。

源文件中的定义：

。。。

太长了。。。

OpenCV2.0之后采用C++实现，真正引入了面向对象的思想，Mat是一个类，同样有矩阵头和数据体两部分，部分定义如下：

class CV_EXPORTS Mat{ public： /*..很多方法..*//*............*/ int flags;（Note ：目前还不知道flags做什么用的）int dims;  /*数据的维数*/int rows,cols; /*行和列的数量;数组超过2维时为(-1，-1)*/uchar *data;   /*指向数据*/int * refcount;   /*指针的引用计数器; 阵列指向用户分配的数据时，指针为 NULL /* 其他成员 */ ... };

重要成员变量：

rows,cols:  行和列，等同于lplImage中的width和height

data:指向存储像素值的矩阵的指针，等同于lplImage中的imageData

refcount:OpenCV是用了引用计数机制，每个Mat对象都有自己的信息头，但可以共享同一个矩阵，通过data指针指向同一地址来实现。当进行复制的时候，只复制信息头，而不进行矩阵的复制。

在理解CVMat和lplImage之后，再来看Mat数据类型就不难了，可以自行阅读Mat类定义的源代码，以获得更深层次 的理解。

  OpenCV中其他基本数据类型

结构

成员

意义

Point或point2i(f)

 x,y

二维点

Point3i(f)

 x,y,z

三维点

Size

width,height

图像尺寸

Rect

x,y,width,height

矩形

Scalar

double val[4]

颜色的表示

 

OPenCV1.0中的版本：

结构

成员

意义

CvPoint

 int x,y

图像中的点

CvPoint2D32f

 float x,y

二维点

CvPoint3D32f

float x,y,z

三维点

CvSize

int width,height

图像尺寸

CvRect

int x,y,width,height

矩形

CvScalar

double val[4]

颜色的表示