【Qt+opencv】Mat图像类型

文章目录

前言
图像与矩阵之间的关系
cv:Mat
总结

前言

在计算机视觉和图像处理领域，图像的表示和处理是最基本也是最重要的一部分。OpenCV（开源计算机视觉库）是一个广泛使用的计算机视觉库，它提供了丰富的函数和模块，用于图像处理和计算机视觉任务。在OpenCV中，图像数据通常存储在Mat对象中。Mat是OpenCV中的一个关键数据结构，它被设计用来存储实数或复数的多维矩阵，其中最常见的用途就是存储图像数据。

Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序开发框架，它为开发者提供了创建现代化GUI应用程序所需的所有功能。Qt的强大之处在于其高级的信号和槽机制、丰富的图形渲染能力以及对多线程和网络编程的支持。

本文将介绍如何在Qt环境下使用OpenCV的Mat对象进行图像处理。

图像与矩阵之间的关系

图像与矩阵之间有着密切的关系。在计算机视觉和图像处理中，图像通常被表示为矩阵。下面是一些关键点来帮助理解这种关系：

像素和矩阵元素：在数字图像中，每个像素对应于矩阵的一个元素。例如，一幅灰度图像可以被表示为一个二维矩阵，其中每个元素代表一个像素的灰度值。对于彩色图像（通常是RGB图像），它可以被表示为一个三维矩阵，其中每个元素是一个向量，包含红色、绿色和蓝色通道的强度值。
图像坐标和矩阵索引：图像的坐标系统通常定义为左上角为原点（0,0），向右为x轴，向下为y轴。这与矩阵的行和列索引相对应。例如，图像中的点（x,y）对应于矩阵中的元素（y,x）。
图像操作和矩阵操作：许多图像处理操作可以被视为矩阵操作。例如，图像的平移、旋转和缩放可以通过矩阵乘法来实现。滤波和卷积操作可以通过矩阵的元素级别操作来实现。
图像数据类型和矩阵数据类型：图像的数据类型通常决定了矩阵元素的数据类型。例如，如果图像是8位无符号整数类型，那么矩阵的元素也是8位无符号整数。

cv:Mat

cv::Mat的定义

cv::Mat是OpenCV库中的一个核心数据结构，它用于表示和存储图像和多维数组。在计算机视觉和图像处理中，我们通常会将图像视为一个矩阵，其中每个元素代表一个像素的值。cv::Mat就是这样一个矩阵，它可以存储各种类型的像素数据，包括灰度图像、彩色图像、深度图像等。

cpp 复制代码

class Mat
{
public:
	int flags;//这个成员变量包含了关于矩阵的信息，如：矩阵的标识、
								//数据是否连续、深度、通道数目等1。

    // 数组的维数，取值大于等于2
    int dims;

    // 数组的行数和列数（对于二维数组）
    int rows, cols;

    // 数组的数据
    uchar* data;

    // 其他成员...

    // 构造函数
    Mat();
    Mat(int rows, int cols, int type);
    Mat(Size size, int type);
    Mat(int ndims, const int* sizes, int type);

    // 其他方法...
};

dims：这个成员变量表示数组的维数，取值大于等于2。

rows, cols：对于二维数组（例如，图像），rows和cols分别表示数组的行数和列数。

data：这是一个指向实际数据的指针。这些数据可以是图像的像素值，也可以是其他类型的数据。

cv::Mat的数据类型

他的数据类型是：CV_8UC3，所以CV_8UC3是什么？
CV_8UC3是OpenCV中用于表示图像类型的一个常量。让我们来解析一下这个常量的含义：

CV：这是OpenCV的缩写，表示这是OpenCV库中的一个类型。
8U：这表示图像的每个通道使用8位无符号整数来表示，取值范围是0-255。这是最常见的图像数据类型，因为它可以表示黑白和彩色图像的所有可能的亮度值。
C3：这表示图像有3个通道。对于彩色图像，这通常表示红色、绿色和蓝色三个通道。

我们可以这样创建一个cv::Mat类型：cv::Mat mat1(500,500,CV_8UC3);

cv::Mat像素读写

在OpenCV中，cv::Mat类提供了多种方法来读取和写入像素值。以下是一些常用的方法：

使用.at<>()函数：这是一个模板函数，可以用于读取和写入像素值。函数原型如下：
cpp 复制代码
```
template<typename _Tp> _Tp& cv::Mat::at(int i, int j);
```
这个函数返回一个指向指定位置像素的引用，你可以用它来读取或修改像素值。例如，如果你有一个三通道的彩色图像img，你可以这样读取和修改一个像素：
cpp 复制代码
```
cv::Vec3b pixel = img.at<cv::Vec3b>(y, x); // 读取像素
img.at<cv::Vec3b>(y, x) = pixel; // 写入像素
```
使用.ptr<>()函数：这个函数返回一个指向指定行的指针。函数原型如下：
cpp 复制代码
```
template<typename _Tp> _Tp* cv::Mat::ptr(int i);
```
你可以用这个函数来访问图像的行，然后使用数组索引来访问特定的像素。例如：
cpp 复制代码
```
uchar* row = img.ptr<uchar>(y); // 获取行
uchar pixel = row[x]; // 读取像素
row[x] = pixel; // 写入像素
```

使用迭代器 ：cv::Mat类提供了迭代器，可以用来遍历图像的所有像素。例如：

cpp 复制代码

cv::Mat_<cv::Vec3b>::iterator it = img.begin<cv::Vec3b>();
cv::Mat_<cv::Vec3b>::iterator itend = img.end<cv::Vec3b>();
for (; it != itend; ++it)
{
    // 读取和修改像素
    cv::Vec3b pixel = *it;
    *it = pixel;
}

图像局部操作

在OpenCV的cv::Mat类中，有多种方法可以用来选择和操作图像的特定区域。以下是一些主要的方法：

选择单行或单列 ：你可以使用row(int i)和col(int j)函数来选择单行或单列。这两个函数都返回一个新的cv::Mat对象，该对象与原始图像共享数据。例如：
cpp 复制代码
```
cv::Mat row = img.row(i); // 选择第i行
cv::Mat col = img.col(j); // 选择第j列
```
选择多行或多列 ：你可以使用rowRange(int startrow, int endrow)和colRange(int startcol, int endcol)函数来选择多行或多列。这两个函数都返回一个新的cv::Mat对象，该对象与原始图像共享数据。例如：
cpp 复制代码
```
cv::Mat rows = img.rowRange(startrow, endrow); // 选择从startrow到endrow的多行
cv::Mat cols = img.colRange(startcol, endcol); // 选择从startcol到endcol的多列
```
选择指定区域 ：你可以使用cv::Mat::operator()(const Rect& roi)或cv::Mat::operator()(const Range* ranges)来选择图像的一个特定区域。这两个操作符都返回一个新的cv::Mat对象，该对象与原始图像共享数据。例如：
cpp 复制代码
```
cv::Mat roi = img(Rect(x, y, width, height)); // 选择一个矩形区域
cv::Mat submat = img(Range(row_start, row_end), Range(col_start, col_end)); // 选择一个子矩阵
```
取对角线元素 ：你可以使用diag(int d)函数来获取矩阵的对角线元素。这个函数返回一个新的cv::Mat对象，该对象包含了原始矩阵的对角线元素。例如：
cpp 复制代码
```
cv::Mat diagonal = img.diag(0); // 获取主对角线元素
```

cv::Mat支持的运算

cv::Mat是OpenCV库中的一个核心数据结构，它支持多种数学和逻辑运算。以下是一些主要的运算：

元素级别的加法、减法、乘法和除法 ：你可以使用cv::add(), cv::subtract(), cv::multiply(), 和 cv::divide()函数来进行这些运算。例如：

cpp 复制代码

cv::Mat result;
cv::add(mat1, mat2, result); // 加法
cv::subtract(mat1, mat2, result); // 减法
cv::multiply(mat1, mat2, result); // 乘法
cv::divide(mat1, mat2, result); // 除法

逻辑运算 ：cv::Mat支持逻辑与、或、非等逻辑运算。例如：

cpp 复制代码

cv::Mat result;
cv::bitwise_and(mat1, mat2, result); // 逻辑与
cv::bitwise_or(mat1, mat2, result); // 逻辑或
cv::bitwise_not(mat1, result); // 逻辑非

矩阵乘法 ：你可以使用*运算符来进行矩阵乘法。例如：
cpp 复制代码
```
cv::Mat result = mat1 * mat2;
```
转置和求逆 ：你可以使用cv::Mat::t()和cv::Mat::inv()函数来进行矩阵的转置和求逆。例如：
cpp 复制代码
```
cv::Mat transposed = mat.t(); // 转置
cv::Mat inverted = mat.inv(); // 求逆
```
统计运算 ：cv::Mat支持一些统计运算，如求和（cv::sum()），求平均（cv::mean()），求最大值和最小值（cv::minMaxLoc()）等。

总结

通过本文，我们了解了OpenCV的Mat对象以及如何在Qt环境下使用它进行图像处理。Mat对象是OpenCV中的核心组件，理解和掌握它对于进行有效的图像处理至关重要。同时，Qt作为一个强大的应用程序开发框架，与OpenCV的结合使得我们可以在强大的图形用户界面下进行图像处理，极大地提高了用户体验和开发效率。

然而，值得注意的是，虽然OpenCV和Qt都是非常强大的工具，但是要充分利用它们的功能并将它们结合起来使用，需要对这两个库有深入的理解。希望本文能为你提供一个良好的起点，帮助你开始在Qt环境下使用OpenCV进行图像处理的旅程。