opencv探索01-Mat结构

绝地灬酷狼 2022-10-19 00:49 172阅读 0赞

# Mat结构分析 #

## 数据成员 ##

//图片的标志，含有魔数，是否连续，数据类型，深度
        int flags;
        //维度，图片是2维。
        int dims;
        //视图宽高
        int cols, rows;
        //视图数据起始位置
        uchar* data;
        //原图起始位置
        const uchar* datastart;
        //原图未对齐结束位置
        const uchar* dataend;
        //原图对齐结束位置
        const uchar* datalimit;
        //自定义分配器
        MatAllocator* allocator;
        //原图内部数据
        UMatData* u;
        //视图大小
        MatSize size;
        //步长，step[0]=>行步长 step[1]=>通道数
        MatStep step;

原图是一张5x10大小的图片，具有RGB3个通道，depth为CV\_8U,还有6个字节的padding。

原图:Mat src(Size(5,10),CV\_8UC3,userdata,3\*5+6);  
视图:Mat roi = src(Rect(1,2,3,6));

roi分析图如下:

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2hqcTg0MjM4MjEzNA_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

## 成员函数 ##

### 数据操作 ###

/**
    * 对原图应用蒙版mask，结果保存在目的m中。假如mask的值不等于0，就复制原图的值到m中。
    * 当m的大小和类型不符合原图时候，首先调用m.create(this->size(), this->type());
    * @param m 目的图
    * @param mask 蒙版 单通道，3通道皆可以
    * 伪代码：m[i] = mask[i] == 0? 0 : src[i];
    */
    void copyTo( OutputArray m, InputArray mask ) const;
    
    /**
    * 对原图进行rtype数据类型转换，结果保存在m中。
    * @param m 目的图
    * @param mask 蒙版 单通道，3通道皆可以
    * 伪代码：m[i] = (rtype)(src[i]*alpha+beta);
    */
    void convertTo( OutputArray m, int rtype, double alpha=1, double beta=0 ) const;
    
    /**
    * 和convertTo等价，少几个参数而已
    */
    void assignTo( Mat& m, int type=-1 ) const;
    
    /**
    * 根据蒙版，对于原图像素进行赋值value。
    * @param value 目的值
    * @param mask 蒙版 单通道，3通道皆可以
    * 伪代码：src[i] = mask[i]==0? src[i] : value;
    */
    Mat& setTo(InputArray value, InputArray mask=noArray());
    
    /**
    * 把原图像素全部变成目的值s
    * @param s 目的值
    * 伪代码:src[i] = s;
    */
    Mat& operator = (const Scalar& s);

### 子矩阵操作 ###

根据startx,starty,endx,endy，在原图上创建一个子矩阵.其中，数据部分是公用的。

/**
    * 把原图某一行像素变成目的值s
    * @param y 目的行
    */
    Mat row(int y) const;
    
    /**
    * 把原图某一列像素变成目的值s
    * @param x 目的列
    */
    Mat col(int x) const;
    
    /**
    * 把原图多行像素变成目的值s
    * @param startrow 起始行
    * @param endrow 结束行
    */
    Mat rowRange(int startrow, int endrow) const;
    Mat rowRange(const Range& r) const;
    
    /**
    * 把原图多列像素变成目的值s
    * @param startcol 起始列
    * @param endcol 结束列
    */
    Mat colRange(int startcol, int endcol) const;
    Mat colRange(const Range& r) const;
    
    /**
    * 调整roi
    **/
    Mat& adjustROI( int dtop, int dbottom, int dleft, int dright );
    
    /**
    * 获取子矩阵roi，存储在wholeSize,ofs中
    */
    void locateROI( Size& wholeSize, Point& ofs ) const;
    
    /**
    * 重载()符号，传递不同参数，返回一个新的子矩阵Mat.
    **/
    Mat operator()( Range rowRange, Range colRange ) const;
    Mat operator()( const Rect& roi ) const;
    Mat operator()( const Range* ranges ) const;
    Mat operator()(const std::vector<Range>& ranges) const;
    
    //子矩阵
    bool isSubmatrix() const;

### 矩阵运算 ###

/**
    * 矩阵加法有以下两种方式
    * 矩阵+矩阵
    * 矩阵+标量
    */
    CV_EXPORTS MatExpr operator + (const Mat& a, const Mat& b);
    CV_EXPORTS MatExpr operator + (const Mat& a, const Scalar& s);
    CV_EXPORTS MatExpr operator + (const Scalar& s, const Mat& a);
    CV_EXPORTS MatExpr operator + (const MatExpr& e, const Mat& m);
    CV_EXPORTS MatExpr operator + (const Mat& m, const MatExpr& e);
    CV_EXPORTS MatExpr operator + (const MatExpr& e, const Scalar& s);
    CV_EXPORTS MatExpr operator + (const Scalar& s, const MatExpr& e);
    CV_EXPORTS MatExpr operator + (const MatExpr& e1, const MatExpr& e2);
    
    /**
    * 矩阵减法有以下两种方式
    * 矩阵-矩阵
    * 矩阵-标量
    */
    CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Mat& a, const Mat& b);
    CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Mat& a, const Scalar& s);
    CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Scalar& s, const Mat& a);
    CV_EXPORTS MatExpr operator - (const MatExpr& e, const Mat& m);
    CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Mat& m, const MatExpr& e);
    CV_EXPORTS MatExpr operator - (const MatExpr& e, const Scalar& s);
    CV_EXPORTS MatExpr operator - (const Scalar& s, const MatExpr& e);
    CV_EXPORTS MatExpr operator - (const MatExpr& e1, const MatExpr& e2);
    
    /**
    * 矩阵乘法有以下两种方式
    * 矩阵*矩阵
    * 矩阵*double
    */
    CV_EXPORTS MatExpr operator * (const Mat& a, const Mat& b);
    CV_EXPORTS MatExpr operator * (const Mat& a, double s);
    CV_EXPORTS MatExpr operator * (double s, const Mat& a);
    CV_EXPORTS MatExpr operator * (const MatExpr& e, const Mat& m);
    CV_EXPORTS MatExpr operator * (const Mat& m, const MatExpr& e);
    CV_EXPORTS MatExpr operator * (const MatExpr& e, double s);
    CV_EXPORTS MatExpr operator * (double s, const MatExpr& e);
    CV_EXPORTS MatExpr operator * (const MatExpr& e1, const MatExpr& e2);
    
    /**
    * 矩阵除法有以下两种方式
    * 矩阵/矩阵
    * 矩阵/double
    */
    CV_EXPORTS MatExpr operator / (const Mat& a, const Mat& b);
    CV_EXPORTS MatExpr operator / (const Mat& a, double s);
    CV_EXPORTS MatExpr operator / (double s, const Mat& a);
    CV_EXPORTS MatExpr operator / (const MatExpr& e, const Mat& m);
    CV_EXPORTS MatExpr operator / (const Mat& m, const MatExpr& e);
    CV_EXPORTS MatExpr operator / (const MatExpr& e, double s);
    CV_EXPORTS MatExpr operator / (double s, const MatExpr& e);
    CV_EXPORTS MatExpr operator / (const MatExpr& e1, const MatExpr& e2);
    
    //矩阵倒置,第i行变成第i列，Mi,j => Mj,i
    MatExpr t() const;
    
    //逆矩阵,AB=E => B=E/A
    MatExpr inv(int method=DECOMP_LU) const;
    
    //矩阵点乘,返回标量，几何意义是B在A上的投影，可以用来判断方向
    double dot(InputArray m) const;
    
    //矩阵叉乘，返回向量，几何意义是垂直于A，B向量的法向量。
    Mat cross(InputArray m) const;

### 矩阵遍历 ###

`速度来说，指针>迭代器>for+at`

1.指针

//行指针，列指针遍历
    Mat& ScanImageAndReduceC(Mat& I, const uchar* const table)
    {
        
        // accept only char type matrices
        CV_Assert(I.depth() == CV_8U);
        int channels = I.channels();
        int nRows = I.rows;
        int nCols = I.cols * channels;
        if (I.isContinuous())
        {
        
            nCols *= nRows;
            nRows = 1;
        }
        int i,j;
        uchar* p;
        for( i = 0; i < nRows; ++i)
        {
        
            p = I.ptr<uchar>(i);
            for ( j = 0; j < nCols; ++j)
            {
        
                p[j] = table[p[j]];
            }
        }
        return I;
    }
    
    //直接数据指针遍历
    uchar* p = I.data;
    for( unsigned int i = 0; i < ncol*nrows; ++i)
        *p++ = table[*p];

2.迭代器

//维护迭代器内部数据需要耗时
    Mat& ScanImageAndReduceIterator(Mat& I, const uchar* const table)
    {
        
        // accept only char type matrices
        CV_Assert(I.depth() == CV_8U);
        const int channels = I.channels();
        switch(channels)
        {
        
        case 1:
            {
        
                MatIterator_<uchar> it, end;
                for( it = I.begin<uchar>(), end = I.end<uchar>(); it != end; ++it)
                    *it = table[*it];
                break;
            }
        case 3:
            {
        
                MatIterator_<Vec3b> it, end;
                for( it = I.begin<Vec3b>(), end = I.end<Vec3b>(); it != end; ++it)
                {
        
                    (*it)[0] = table[(*it)[0]];
                    (*it)[1] = table[(*it)[1]];
                    (*it)[2] = table[(*it)[2]];
                }
            }
        }
        return I;
    }

3.for循环+at方法

//at方法最慢是因为每一次都要通过参数计算目的数据地址。
    template<typename _Tp> inline
    const _Tp& Mat::at(int i0, int i1) const
    {
        
        return ((const _Tp*)(data + step.p[0] * i0))[i1];
    }
    
    Mat& ScanImageAndReduceRandomAccess(Mat& I, const uchar* const table)
    {
        
        // accept only char type matrices
        CV_Assert(I.depth() == CV_8U);
        const int channels = I.channels();
        switch(channels)
        {
        
        case 1:
            {
        
                for( int i = 0; i < I.rows; ++i)
                    for( int j = 0; j < I.cols; ++j )
                        I.at<uchar>(i,j) = table[I.at<uchar>(i,j)];
                break;
            }
        case 3:
            {
        
             Mat_<Vec3b> _I = I;
             for( int i = 0; i < I.rows; ++i)
                for( int j = 0; j < I.cols; ++j )
                   {
        
                       _I(i,j)[0] = table[_I(i,j)[0]];
                       _I(i,j)[1] = table[_I(i,j)[1]];
                       _I(i,j)[2] = table[_I(i,j)[2]];
                }
             I = _I;
             break;
            }
        }
        return I;
    }

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