IplImage, CvMat, Mat 的关系和相互转换
【摘要】
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opencv中常见的与图像操作有关的数据容器有Mat，cvMat和IplImage，这三种类型都可以代表和显示图像，但是，Mat类型侧重于计算，数学性较高，openCV对Mat类型的计算也进行了优化。而CvMat和IplImage类型更侧重于“图像”，opencv对其中的图像操作（缩放、单通道提取、图像阈值操作等）进行了...
opencv中常见的与图像操作有关的数据容器有Mat，cvMat和IplImage，这三种类型都可以代表和显示图像，但是，Mat类型侧重于计算，数学性较高，openCV对Mat类型的计算也进行了优化。而CvMat和IplImage类型更侧重于“图像”，opencv对其中的图像操作（缩放、单通道提取、图像阈值操作等）进行了优化。在opencv2.0之前，opencv是完全用C实现的，但是，IplImage类型与CvMat类型的关系类似于面向对象中的继承关系。实际上，CvMat之上还有一个更抽象的基类----CvArr。
1. IplImage
opencv中的图像信息头，该结构体定义：
-
typedef struct _IplImage
-
{
-
int nSize;
-
int ID;
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int nChannels;
-
int alphaChannel;
-
int depth;
-
-
char colorModel[4];
-
char channelSeq[4];
-
int dataOrder;
-
int origin;
-
int align;
-
-
int width;
-
int height;
-
-
struct _IplROI *roi;
-
struct _IplImage *maskROI;
-
void *imageId;
-
struct _IplTileInfo *tileInfo;
-
-
int imageSize;
-
char *imageData;
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int widthStep;
-
int BorderMode[4];
-
int BorderConst[4];
-
-
char *imageDataOrigin;
-
} IplImage;
roi是IplROI结构体，该结构体包含了xOffset,yOffset,height,width,coi成员变量，其中xOffset,yOffset是x,y坐标，coi代表channel of interest(感兴趣的通道)，非0的时候才有效。
访问图像中的数据元素，分间接存储和直接存储，当图像元素为浮点型时，(uchar *) 改为 (float *)：
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IplImage* img=cvLoadImage("lena.jpg", 1);
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CvScalar s;
-
s=cvGet2D(img,i,j);
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cvSet2D(img,i,j,s);
-
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IplImage* img; //malloc memory by cvLoadImage or cvCreateImage
-
for(int row = 0; row < img->height; row++)
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{
-
for (int col = 0; col < img->width; col++)
-
{
-
b = CV_IMAGE_ELEM(img, UCHAR, row, col * img->nChannels + 0);
-
g = CV_IMAGE_ELEM(img, UCHAR, row, col * img->nChannels + 1);
-
r = CV_IMAGE_ELEM(img, UCHAR, row, col * img->nChannels + 2);
-
}
-
}
-
-
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IplImage* img; //malloc memory by cvLoadImage or cvCreateImage
-
uchar b, g, r; // 3 channels
-
for(int row = 0; row < img->height; row++)
-
{
-
for (int col = 0; col < img->width; col++)
-
{
-
b = ((uchar *)(img->imageData + row * img->widthStep))[col * img->nChannels + 0];
-
g = ((uchar *)(img->imageData + row * img->widthStep))[col * img->nChannels + 1];
-
r = ((uchar *)(img->imageData + row * img->widthStep))[col * img->nChannels + 2];
-
}
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}
-
IplImage * cvLoadImage(const char * filename, int iscolor CV_DEFAULT(CV_LOAD_IMAGE_COLOR)); //load images from specified image
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IplImage * cvCreateImage(CvSize size, int depth, int channels); //allocate memory
2.CvMat
首先，我们需要知道，第一，在OpenCV中没有向量(vector)结构。任何时候需要向量，都只需要一个列矩阵(如果需要一个转置或者共轭向量，则需要一个行矩阵)。第二，OpenCV矩阵的概念与我们在线性代数课上学习的概念相比，更抽象，尤其是矩阵的元素，并非只能取简单的数值类型，可以是多通道的值。CvMat 的结构：
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typedef struct CvMat
-
{
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int type;
-
int step;
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int* refcount;
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union {
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uchar* ptr;
-
short* s;
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int* i;
-
float* fl;
-
double* db;
-
} data;
-
union {
-
int rows;
-
int height;
-
};
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union {
-
int cols;
-
int width;
-
};
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} CvMat;
-
CvMat * cvCreateMat(int rows, int cols, int type);
-
CV_INLine CvMat cvMat((int rows, int cols, int type, void* data CV_DEFAULT);
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CvMat * cvInitMatHeader(CvMat * mat, int rows, int cols, int type, void * data CV_DEFAULT(NULL), int step CV_DEFAULT(CV_AUTOSTEP));
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cvmSet( CvMat* mat, int row, int col, double value);
-
cvmGet( const CvMat* mat, int row, int col );
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-
CvScalar cvGet2D(const CvArr * arr, int idx0, int idx1); //CvArr只作为函数的形参void cvSet2D(CvArr* arr, int idx0, int idx1, CvScalar value);
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CvMat * cvmat = cvCreateMat(4, 4, CV_32FC1);
-
cvmat->data.fl[row * cvmat->cols + col] = (float)3.0;
-
-
CvMat * cvmat = cvCreateMat(4, 4, CV_64FC1);
-
cvmat->data.db[row * cvmat->cols + col] = 3.0;
-
-
CvMat * cvmat = cvCreateMat(4, 4, CV_64FC1);
-
CV_MAT_ELEM(*cvmat, double, row, col) = 3.0;
-
-
if (CV_MAT_DEPTH(cvmat->type) == CV_32F)
-
CV_MAT_ELEM_CN(*cvmat, float, row, col * CV_MAT_CN(cvmat->type) + ch) = (float)3.0; // ch为通道值
-
if (CV_MAT_DEPTH(cvmat->type) == CV_64F)
-
CV_MAT_ELEM_CN(*cvmat, double, row, col * CV_MAT_CN(cvmat->type) + ch) = 3.0; // ch为通道值
-
-
for (int row = 0; row < cvmat->rows; row++)
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{
-
p = cvmat ->data.fl + row * (cvmat->step / 4);
-
for (int col = 0; col < cvmat->cols; col++)
-
{
-
*p = (float) row + col;
-
*(p+1) = (float)row + col + 1;
-
*(p+2) = (float)row + col + 2;
-
p += 3;
-
}
-
}
-
-
CvMat * vector = cvCreateMat(1,3, CV_32SC2);CV_MAT_ELEM(*vector, CvPoint, 0, 0) = cvPoint(100,100);
-
-
CvMat * vector = cvCreateMat(1,3, CV_64FC4);CV_MAT_ELEM(*vector, CvScalar, 0, 0) = CvScalar(0, 0, 0, 0);
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CvMat* M1 = cvCreateMat(4,4,CV_32FC1);
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CvMat* M2;
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M2=cvCloneMat(M1);
3.Mat
Mat是opencv2.0推出的处理图像的新的数据结构，现在越来越有趋势取代之前的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。opencv2.3中提到Mat是一个多维的密集数据数组，可以用来处理向量和矩阵、图像、直方图等等常见的多维数据。
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class CV_EXPORTS Mat
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{
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-
public：
-
-
int flags;（Note ：目前还不知道flags做什么用的）
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int dims;
-
int rows,cols;
-
uchar *data;
-
int * refcount;
-
...
-
-
};
从以上结构体可以看出Mat也是一个矩阵头，默认不分配内存，只是指向一块内存(注意读写保护)。初始化使用create函数或者Mat构造函数
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Mat(nrows, ncols, type, fillValue]);
-
M.create(nrows, ncols, type);
-
-
例子：
-
Mat M(7,7,CV_32FC2,Scalar(1,3));
-
M.create(100, 60, CV_8UC(15));
-
-
-
int sz[] = {100, 100, 100};
-
Mat bigCube(3, sz, CV_8U, Scalar:all(0));
-
-
-
double m[3][3] = {{a, b, c}, {d, e, f}, {g, h, i}};
-
Mat M = Mat(3, 3, CV_64F, m).inv();
-
-
-
Mat img(Size(320,240),CV_8UC3);
-
Mat img(height, width, CV_8UC3, pixels, step);
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-
-
IplImage* img = cvLoadImage("greatwave.jpg", 1);
-
Mat mtx(img,0); // convert IplImage* -> Mat;
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Mat M;
-
M.row(3) = M.row(3) + M.row(5) * 3;
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Mat M1 = M.col(1);
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M.col(7).copyTo(M1);
-
-
Mat M;
-
M.at<double>(i,j);
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M.at(uchar)(i,j);
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Vec3i bgr1 = M.at(Vec3b)(i,j)
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Vec3s bgr2 = M.at(Vec3s)(i,j)
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Vec3w bgr3 = M.at(Vec3w)(i,j)
-
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double sum = 0.0f;
-
for(int row = 0; row < M.rows; row++)
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{
-
const double * Mi = M.ptr<double>(row);
-
for (int col = 0; col < M.cols; col++)
-
sum += std::max(Mi[j], 0.);
-
}
-
-
double sum=0;
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MatConstIterator<double> it = M.begin<double>(), it_end = M.end<double>();
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for(; it != it_end; ++it)
-
sum += std::max(*it, 0.);
-
Mat mat = imread(const String* filename); // 读取图像
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imshow(const string frameName, InputArray mat); // 显示图像
-
imwrite (const string& filename, InputArray img); //储存图像
4. CvMat, Mat, IplImage之间的互相转换
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IpIImage -> CvMat
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-
CvMat matheader;
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CvMat * mat = cvGetMat(img, &matheader);
-
-
CvMat * mat = cvCreateMat(img->height, img->width, CV_64FC3);
-
cvConvert(img, mat)
-
-
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IplImage -> Mat
-
Mat::Mat(const IplImage* img, bool copyData=false);
-
例子：
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IplImage* iplImg = cvLoadImage("greatwave.jpg", 1);
-
Mat mtx(iplImg);
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-
-
-
Mat -> IplImage
-
Mat M
-
IplImage iplimage = M;
-
-
CvMat -> Mat
-
Mat::Mat(const CvMat* m, bool copyData=false);
-
-
Mat -> CvMat
-
例子(假设Mat类型的imgMat图像数据存在)：
-
CvMat cvMat = imgMat;/*Mat -> CvMat, 类似转换到IplImage，不复制数据只创建矩阵头
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一、Mat类型：矩阵类型，Matrix。
在openCV中，Mat是一个多维的密集数据数组。可以用来处理向量和矩阵、图像、直方图等等常见的多维数据。Mat有3个重要的方法：
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1、Mat mat = imread(const String* filename); 读取图像
-
2、imshow(const string frameName, InputArray mat); 显示图像
-
3、imwrite (const string& filename, InputArray img); 储存图像
Mat类型较CvMat与IplImage类型来说，有更强的矩阵运算能力，支持常见的矩阵运算。在计算密集型的应用当中，将CvMat与IplImage类型转化为Mat类型将大大减少计算时间花费。
A.Mat -> IplImage
同样只是创建图像头，而没有复制数据。例： // 假设Mat类型的imgMat图像数据存在
IplImage pImg= IplImage(imgMat);
B.Mat -> CvMat
与IplImage的转换类似，不复制数据，只创建矩阵头。例： // 假设Mat类型的imgMat图像数据存在
CvMat cvMat = imgMat;
二、CvMat类型与IplImage类型：“图像”类型
在openCV中，Mat类型与CvMat和IplImage类型都可以代表和显示图像，但是，Mat类型侧重于计算，数学性较高，openCV对Mat类型的计算也进行了优化。而CvMat和IplImage类型更侧重于“图像”，openCV对其中的图像操作（缩放、单通道提取、图像阈值操作等）进行了优化。补充：IplImage由CvMat派生，而CvMat由CvArr派生即CvArr -> CvMat -> IplImage
CvArr用作函数的参数，无论传入的是CvMat或IplImage，内部都是按CvMat处理。
1.CvMat
A.CvMat-> IplImage
-
IplImage* img = cvCreateImage(cvGetSize(mat),8,1);
-
cvGetImage(matI,img);
-
cvSaveImage("rice1.bmp",img);
B.CvMat->Mat
与IplImage的转换类似，可以选择是否复制数据。Mat::Mat(const CvMat* m, bool copyData=false);
在openCV中，没有向量（vector）的数据结构。任何时候，但我们要表示向量时，用矩阵数据表示即可。
但是，CvMat类型与我们在线性代数课程上学的向量概念相比，更抽象，比如CvMat的元素数据类型并不仅限于基础数据类型，比如，下面创建一个二维数据矩阵：
CvMat* cvCreatMat(int rows ,int cols , int type);
这里的type可以是任意的预定义数据类型，比如RGB或者别的多通道数据。这样我们便可以在一个CvMat矩阵上表示丰富多彩的图像了。
2.IplImage
在类型关系上，我们可以说IplImage类型继承自CvMat类型，当然还包括其他的变量将之解析成图像数据。IplImage类型较之CvMat多了很多参数，比如depth和nChannels。在普通的矩阵类型当中，通常深度和通道数被同时表示，如用32位表示RGB+Alpha.但是，在图像处理中，我们往往将深度与通道数分开处理，这样做是OpenCV对图像表示的一种优化方案。
IplImage的对图像的另一种优化是变量origin----原点。在计算机视觉处理上，一个重要的不便是对原点的定义不清楚，图像来源，编码格式，甚至操作系统都会对原地的选取产生影响。为了弥补这一点，openCV允许用户定义自己的原点设置。取值0表示原点位于图片左上角，1表示左下角。
dataOrder参数定义数据的格式。有IPL_DATA_ORDER_PIXEL和IPL_DATA_ORDER_PLANE两种取值，前者便是对于像素，不同的通道的数据交叉排列，后者表示所有通道按顺序平行排列。
IplImage类型的所有额外变量都是对“图像”的表示与计算能力的优化。
A.IplImage -> Mat
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IplImage* pImg = cvLoadImage("lena.jpg");
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Mat img(pImg,0); // 0是不复制图像，也就是pImg与img的data共用内存，header各自有
B.IplImage -> CvMat
-
法1：CvMat mathdr, *mat = cvGetMat( img, &mathdr );
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法2：CvMat *mat = cvCreateMat( img->height, img->width, CV_64FC3 );
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cvConvert( img, mat );
C.IplImage*-> BYTE*
BYTE* data= img->imageData;
CvMat和IplImage创建时的一个小区别：
1、建立矩阵时，第一个参数为行数，第二个参数为列数。
CvMat* cvCreateMat( int rows, int cols, int type );
2、建立图像时，CvSize第一个参数为宽度，即列数；第二个参数为高度，即行数。这 个和CvMat矩阵正好相反。
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IplImage* cvCreateImage(CvSize size, int depth, int channels );
-
-
CvSize cvSize( int width, int height );
IplImage内部buffer每行是按4字节对齐的，CvMat没有这个限制
补充：
A.BYTE*-> IplImage*
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img= cvCreateImageHeader(cvSize(width,height),depth,channels);
-
cvSetData(img,data,step);
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