【OpenCV入门教程之三】图像的载入，显示和输出一站式完全解析

叁歲伎倆 2022-05-27 01:36 118阅读 0赞

本系列文章由@浅墨\_毛星云 出品，转载请注明出处。

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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：

![无][SouthEast]

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：

#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::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：

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：

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：

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：

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：

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。

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：

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：

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：

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：

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&类型的params，表示为特定格式保存的参数编码，它有默认值vector()，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

#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 
    Mat mat(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");  
    return 0;  
    }

**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】---------------------------------------------- 
    // 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 
    //-------------------------------------------------------------------------------------------------- 
    
    Mat girl=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 
    Mat image= imread("dota.jpg",199);  
    Mat logo= 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 
    Mat imageROI;  
    //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();  
    
    return 0;  
    }

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：

![无][SouthEast 1]

接着是载入一张dota2原画和dota2logo图，为图像融合做准备：

![无][SouthEast 2]

logo图：  
![无][SouthEast 3]

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。

![无][SouthEast 4]

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：）

![无][SouthEast 5]

[http_blog.csdn.net_poem_qianmo_article_details_20537737]: http://blog.csdn.net/poem_qianmo/article/details/20537737
[SouthEast]: /images/20220527/3057ebbc07f0461a83ee9a32f9aea85f.png
[SouthEast 1]: /images/20220527/bc0dda7dc0af415789eef0f3022b23e6.png
[SouthEast 2]: /images/20220527/0ad9a2fc791c4879a0eb78f479a1f6f1.png
[SouthEast 3]: /images/20220527/fe097cf2c38444e1bb085888705dc255.png
[SouthEast 4]: /images/20220527/86ea1d3f324143098ee552d5d6c18e7d.png
[SouthEast 5]: /images/20220527/f5f4d36d3d6747c198ebef7982e018b6.png