【opencv15】cv::Mat类单独访问数组元素

蔚落 2022-03-25 10:14 150阅读 0赞

##### 1.利用at<>()成员函数访问数组元素 #####

最基础的直接访问手段是通过模板成员函数at<>()，对数组元素进行访问。因为是模板函数，所以该函数可以接受各种类型和维度的参数。使用该函数访问数组元素的例子如下：

#include "opencv2/opencv.hpp"
    #include <iostream>
    using namespace cv;
    
    int main()
    {
    	
    	Mat m_1 = cv::Mat::eye(10,10,CV_32FC1);
    	Mat m_2 = cv::Mat::eye(3, 3, CV_32FC3);
    
    	int sz[] = { 3, 3, 3 };
    	Mat m_3(3, sz, CV_32FC3, Scalar::all(0));
    
    //part one
    	printf(
    		"Float Element (3,3) is %f\n",
    		m_1.at<float>(3, 3)
    		);
    
    
    //part two	
    	for (int i = 0; i < 3; i++)
    	{
    		for (int j = 0; j < 3; j++)
    		{
    			printf(
    				"Float Element (x,y)=(%d,%d) is (C0,C1,C2)=(%f,%f,%f)\n",
    				i,
    				j,	
    				m_2.at<cv::Vec3f>(i, j)[0],
    				m_2.at<cv::Vec3f>(i, j)[1],
    				m_2.at<cv::Vec3f>(i, j)[2]
    
    			);
    		}
    	}
    	
    
    
    //part three
    	for (int i = 0; i < 3; i++)
    	{
    		for (int j = 0; j < 3; j++)
    		{
    			for (int k = 0; k < 3; k++)
    			{
    				printf(
    					"Float Element (x,y,z)=(%d,%d,%d) is (C0,C1,C2)=(%f)\n",
    					i,
    					j,
    					k,
    					m_3.at<cv::Vec3f>(i, j,k)[0],
    					m_3.at<cv::Vec3f>(i, j,k)[1],
    					m_3.at<cv::Vec3f>(i, j,k)[2]
    				);
    			}
    
    		}
    	}
    	
    	
    
    	getchar();
    
    	return 0;
    
    
    }

![代码输出结果][aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy81NTI5OTk3LTdhNzhiZmFmNTVkM2VmMTYucG5n]

结果分析：上述代码有三个部分。  
部分一：访问的是二维，单通道数组。

//part 1
    Mat m_1 = cv::Mat::eye(10,10,CV_32FC1);
    printf(
    		"Float Element (3,3) is %f\n",
    		m_1.at<float>(3, 3)
    		);

*  Mat m\_1 = cv::Mat::eye(10,10,CV\_32FC1)：定义了一个10乘以10的32float的一维单位数组(CV\_32FC1)
 *  m\_1.at(3,3)：模板成员函数m\_1.at<>，输入模板参数float，(3,3)表示访问的是一维数组中第四行第四列的元素，如下图所示。  
    ![二维数组][aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy81NTI5OTk3LTJjODc3ZDM3M2UxMjM3YmMucG5n]

部分二：访问的是二维，三通道数组。

//part 2
        Mat m_2 = cv::Mat::eye(3,3,CV_32FC3);
        for (int i = 0; i < 3; i++)
        {
            for (int j = 0; j < 3; j++)
            {
                printf(
                    "Float Element (x,y)=(%d,%d) is (Z0,Z1,Z2)=(%f,%f,%f)\n",
                    i,
                    j,
                    m_2.at<cv::Vec3f>(i, j)[0],
                    m_2.at<cv::Vec3f>(i, j)[1],
                    m_2.at<cv::Vec3f>(i, j)[2]
                );
            }
        }

*  Mat m\_2 = cv::Mat::eye(3,3,CV\_32FC3)：定义了一个3乘以3的32float的三维单位数组(CV\_32FC3)
 *  m\_2.atcv::Vec3f(i, j)\[0\]：模板成员函数m\_2.at<>，输入模板参数cv::Vec3f，(i,j)\[0\]表示访问的是三维数组中第i+1行，第j+1列，通道一的元素。
 *  m\_2.atcv::Vec3f(i, j)\[1\]：模板成员函数m\_2.at<>，输入模板参数cv::Vec3f，(i,j)\[0\]表示访问的是三维数组中第i+1行，第j+1列，通道二的元素。
 *  m\_2.atcv::Vec3f(i, j)\[2\]：模板成员函数m\_2.at<>，输入模板参数cv::Vec3f，(i,j)\[0\]表示访问的是三维数组中第i+1行，第j+1列，通道三的元素。
 *  cv::Vec3f：对于访问多通道（本例中为3通道）数组而言，不能直接用float作为模板参数，因为正如上面三个访问元素语句所示，其实对于当前类型而言直接访问的不是单个元素，而是所有通道中的第i+1行，j+1列的元素向量(m\_2.atcv::Vec3f(i, j))，空间示意图如下图所示。因此在访问多通道数组时，需要传入固定向量类型作为模板参数。  
    ![上图eye成员函数生成的三通道矩阵示意图][eye]  
    部分三：访问的是三维，三通道数组。

//part three
        int sz[] = { 3, 3, 3 };
    	Mat m_3(3, sz, CV_32FC3, Scalar::all(0));
        for (int i = 0; i < 3; i++)
        {
            for (int j = 0; j < 3; j++)
            {
                for (int k = 0; k < 3; k++)
                {
                    printf(
                        "Float Element (x,y,z)=(%d,%d,%d) is (C0,C1,C2)=(%f)\n",
                        i,
                        j,
                        k,
                        //对应的是此种类型CV_32FC3,若类型为CV_32FC1时
                        //需要用  m_3.at<float>(i, j,k)访问。
                        m_3.at<cv::Vec3f>(i, j,k)[0],
                        m_3.at<cv::Vec3f>(i, j,k)[1],
                        m_3.at<cv::Vec3f>(i, j,k)[2]
                    );
                }
    
            }
        }

该部分通过直接访问的手段，让我们能够进一步感受到，多维度和多通道的区别。下图之前也有用到过，多维度和多通道的概念切记不要混淆。

*  m\_3.at(i, j,k)：上述注释中也有提到，当数据类型为单通道的时候，需要用float访问，多通道的时候需要用固定向量类的对应格式的别名来访问（此例中是三通道浮点数所以用Vec3f）。

![注意多维度和多通道的区别][aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy81NTI5OTk3LTZmNzAxYzY3ZmQwZjNkODQucG5n]

##### 2.利用ptr<>()成员函数访问数组元素 #####

要访问二维数组，还可以提取指向数组特定行的C样式指针。 这是通过cv :: Mat的ptr <>（）模板成员函数完成的（回想一下，数组中的数据是连续的，因此以这种方式访问特定列是没有意义的; 我们很快就会看到正确的方法。）  
与at>（）一样，ptr <>（）是一个使用类型名称实例化的模板函数。 它需要一个整数参数来指示您希望获得指针的行。 该函数返回一个指向构造数组的基本类型的指针（即，如果数组类型是CV\_32FC3，则返回值的类型为float \*）。因此，给定float类型的三通道矩阵mtx，构造mtx.ptr （3）将返回指向mtx第3行中第一个元素的第一个（浮点）通道的指针。这通常是 访问数组元素的最快方法，因为一旦有了指针，就可以找到数据。

> 因此有两种方法可以在矩阵mtx中获得指向数据的指针。 一种是上述的使用ptr <>（）成员函数。 另一种是直接使用成员指针数据，并使用成员数组step \[\]来计算地址。后一种选择类似于C接口中常用的选项，但在at<>（），ptr <>（）和迭代器访问数组的过程中，通常不再优先 。 话虽如此，直接地址计算可能仍然是最有效的，特别是当您处理大于两个维度的数组时。

关于C风格的指针访问，最终要的一点是， 如果要访问数组中的所有内容，您可能希望能够一次迭代一行; 这是因为行不一定会在数组中连续打包（packed？）。但是成员函数isContinuous()会告诉你行是否在数组中连续打包（packed）。如果判断完了之后，当前数组中行是连续的，那么你只需要找到第一行中第一个元素的指针，那么你就可以访问真个数组，就好像这个多维数组是个巨大的一维数组一样。

##### 3.利用迭代器访问数组元素 #####

顺序访问的另一种形式是使用cv :: Mat中内置的迭代器机制。这种机制和STL标准库中的提供的机制非常的类似。基本思想是OpenCV提供了迭代器模板。cv :: Mat成员函数begin（）和end（）返回此类型的对象。这种迭代方法很方便，因为迭代器足够智能，可以自动处理连续打包和非连续打包，以及处理数组中的任意数量的维度。

必须声明每个迭代器，并在声明阶段将其指定为构造数组对象的类型。以下是迭代器的一个简单示例，用于计算三通道元素的三维数组中的“最长”元素。

#include "opencv2/highgui.hpp"
    #include <iostream>
    using namespace cv;
    
    int main()
    {
    
    	//int sz[] = { 3, 3, 3 };
    	//Mat m_3(3, sz, CV_32FC3, Scalar::all(0));
    
    
    	int sz[3] = { 4, 4, 4 };
    	cv::Mat m(3, sz, CV_32FC3); // A three-dimensional array of size 4-by-4-by-4
    	cv::randu(m, -1.0f, 1.0f); // fill with random numbers from -1.0 to 1.0
    	Mat_<Vec3f>::iterator it = m.begin<Vec3f>();
    	Mat_<Vec3f>::iterator itend = m.end<Vec3f>();
    
    	while (it != itend) {
    		(*it)[0] = 255;
    		(*it)[1] = 255;
    		(*it)[2] = 255;
    		it++;
    	}
    
    	getchar();
    	return 0;
    }

*  cv::randu(m, -1.0f, 1.0f)：随机生成-1到1的值，并填满多维多通道数组。
 *  Mat\_::iterator it = m.begin()：利用begin成员函数，返回Vec3f类型的指针（迭代器），指向数组的头部。
 *  Mat\_::iterator itend = m.end()：利用end成员函数，返回Vec3f类型的指针（迭代器），指向数组的尾部。
 *  (\*it)\[0\] = 255;  
    (\*it)\[1\] = 255;  
    (\*it)\[2\] = 255：对每一个位置的三个通道作一个相同的操作。

在对整个数组执行操作时，通常会使用基于迭代器的访问，或者在多个数组之间执行一些基于元素级的操作（Elementwise）。比如将两个数组相加或将数组从RGB颜色空间转换为HSV颜色空间这样的案例中，对于每个像素位置而言，进行的都是相同精确操作，正如上述代码所示，此时使用迭代器会比较方便。

[aHR0cHM6Ly91cGxvYWQtaW1hZ2VzLmppYW5zaHUuaW8vdXBsb2FkX2ltYWdlcy81NTI5OTk3LTdhNzhiZmFmNTVkM2VmMTYucG5n]: /images/20220325/99cc3bdf60554dde9f5ffb623eb9e42e.png
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[eye]: /images/20220325/f1cca7856c3f4553b4d75e426b205450.png
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