Opencv 例程讲解8 ----如何实现Mat以及自定义类型的读写操作

   今天学习一下Opencv中一个用处很广泛的功能,xml/yml 格式文件的输入和输出,这在特征,算法参数等数据类型的保存和载入中肯定需要用到,掌握opencv中文件的输入输出类,会使这一个过程十分简单愉快。当然文件的输入输出功能用处很广,有待大家去挖掘。对应的例程是 (TUTORIAL) file_input_output

先来看下程序的运行结果,这里我们设置的xml输出路径为 f:\image_set\test.xml

可以看出,例程先将数据写入到文件中,然后再从文件中读出数据,并打印出来。下面具体看下是怎么操作的。

    { //write
        Mat R = Mat_<uchar>::eye(3, 3),
            T = Mat_<double>::zeros(3, 1);
        MyData m(1);

        FileStorage fs(filename, FileStorage::WRITE);   // 构造一个 FileStorage对象,只提供写操作

        fs << "iterationNr" << 100;                       
        fs << "strings" << "[";                              // text - string sequence    // 用 [ ] 作为字符串的输入开始和结束标记
        fs << "image1.jpg" << "Awesomeness" << "baboon.jpg";
        fs << "]";                                           // close sequence

        fs << "Mapping";                              // text - mapping                     // 用 { }作为map 索引的输入开始和结束标记
        fs << "{" << "One" << 1;
        fs <<        "Two" << 2 << "}";

        fs << "R" << R;                                      // cv::Mat                         // 输出Mat,“R”作为Mat的名称
        fs << "T" << T;

        fs << "MyData" << m;                                // your own data structures    // 输出自定义类型 , 需要自己编写函数重载

        fs.release();                                       // explicit close                                // 写完后,要释放文件资源
        cout << "Write Done." << endl;
    }
Opencv中用一个类 FileStorage 提供文件输入输出的方法,下面是例程中用到的构造函数原型

    //! the full constructor that opens file storage for reading or writing
    CV_WRAP FileStorage(const string& source, int flags, const string& encoding=string());
可以看出,利用这个构造函数,需要提供两个参数

1. 文件路径,类型为string

2. flag参数,用来决定对象的存储模式,包括一下几种模式

    //! file storage mode
    enum
    {
        READ=0, //! read mode
        WRITE=1, //! write mode
        APPEND=2, //! append mode
        MEMORY=4,
        FORMAT_MASK=(7<<3),
        FORMAT_AUTO=0,
        FORMAT_XML=(1<<3),
        FORMAT_YAML=(2<<3)
    };
打开xml,可以看到写入文件的数据,如下图所示

<?xml version="1.0"?>
<opencv_storage>
<iterationNr>100</iterationNr>
<strings>
  image1.jpg Awesomeness baboon.jpg</strings>
<Mapping>
  <One>1</One>
  <Two>2</Two></Mapping>
<R type_id="opencv-matrix">
  <rows>3</rows>
  <cols>3</cols>
  <dt>u</dt>
  <data>
    1 0 0 0 1 0 0 0 1</data></R>
<T type_id="opencv-matrix">
  <rows>3</rows>
  <cols>1</cols>
  <dt>d</dt>
  <data>
    0. 0. 0.</data></T>
<MyData>
  <A>97</A>
  <X>3.1415926535897931e+000</X>
  <id>mydata1234</id></MyData>
</opencv_storage>
我们在回头看下如何利用FileStorage 读写自定义类型,源码如下

class MyData
{
public:
    MyData() : A(0), X(0), id()
    {}
    explicit MyData(int) : A(97), X(CV_PI), id("mydata1234") // explicit to avoid implicit conversion
    {}
    void write(FileStorage& fs) const                        //Write serialization for this class
    {
        fs << "{" << "A" << A << "X" << X << "id" << id << "}";
    }
    void read(const FileNode& node)                          //Read serialization for this class
    {
        A = (int)node["A"];
        X = (double)node["X"];
        id = (string)node["id"];
    }
public:   // Data Members
    int A;
    double X;
    string id;
};

//These write and read functions must be defined for the serialization in FileStorage to work
static void write(FileStorage& fs, const std::string&, const MyData& x)
{
    x.write(fs);
}
static void read(const FileNode& node, MyData& x, const MyData& default_value = MyData()){
    if(node.empty())
        x = default_value;
    else
        x.read(node);
}

// This function will print our custom class to the console
static ostream& operator<<(ostream& out, const MyData& m)
{
    out << "{ id = " << m.id << ", ";
    out << "X = " << m.X << ", ";
    out << "A = " << m.A << "}";
    return out;
}
可以看出,这是一个简单的类型,包括int,double和string类型的三个成员变量,在自定义类型中定义了read 和write的方法,值得注意的是这里另外定义了3个静态函数,write,read 以及<<操作,它们是起桥梁作用的,提供一个接口,可以将fs类的<<操作转换成各种类型各自的write和read方法。看FileStorage中定义的<<操作会根据清楚

template<typename _Tp> static inline FileStorage& operator << (FileStorage& fs, const _Tp& value)
{
    if( !fs.isOpened() )
        return fs;
    if( fs.state == FileStorage::NAME_EXPECTED + FileStorage::INSIDE_MAP )
        CV_Error( CV_StsError, "No element name has been given" );
    write( fs, fs.elname, value );
    if( fs.state & FileStorage::INSIDE_MAP )
        fs.state = FileStorage::NAME_EXPECTED + FileStorage::INSIDE_MAP;
    return fs;
}

这是一个模板函数,通过一个重载函数write实现不同类型的写操作,而这个write函数只是提供一个接口,具体的文件写入操作,在各种类型中有分别的实现。同理,FileStorage 的read也是利用类似的技巧实现的。这样做的目的也是为了提供代码的重载性和扩展性,这样FileStorage就可以为任意的自定义类型提供接口,实现在各自的类型中实现,但用户新添加一种类型时,不需要改动FileStorage中的任何代码,这是个很高明的技巧。

下面看下FileStorage 的read操作

    {//read
        cout << endl << "Reading: " << endl;
        FileStorage fs;
        fs.open(filename, FileStorage::READ);  构造一个FileStorage,只提供读操作

        int itNr;
        //fs["iterationNr"] >> itNr;
        itNr = (int) fs["iterationNr"];              //利用[ ]查找iterationNr的值
        cout << itNr;
        if (!fs.isOpened())
        {
            cerr << "Failed to open " << filename << endl;
            help(av);
            return 1;
        }

        FileNode n = fs["strings"];                         // Read string sequence - Get node  // 寻找名为 strings的节点
        if (n.type() != FileNode::SEQ)                                                                               // 判断节点的值类型  FileNode::SEQ代表字符串类型
        {
            cerr << "strings is not a sequence! FAIL" << endl;
            return 1;
        }

        FileNodeIterator it = n.begin(), it_end = n.end(); // Go through the node     // 遍历节点,输出所有字符串,迭代的风格
        for (; it != it_end; ++it)
            cout << (string)*it << endl;


        n = fs["Mapping"];                                // Read mappings from a sequence
        cout << "Two  " << (int)(n["Two"]) << "; ";                                                     // 查找"Two"的值
        cout << "One  " << (int)(n["One"]) << endl << endl;


        MyData m;
        Mat R, T;

        fs["R"] >> R;                                      // Read cv::Mat   // 查找到“R”的Mat,并读入到 R中
        fs["T"] >> T;
        fs["MyData"] >> m;                                 // Read your own structure_    自定义类型的读取

        cout << endl
            << "R = " << R << endl;
        cout << "T = " << T << endl << endl;
        cout << "MyData = " << endl << m << endl << endl;

        //Show default behavior for non existing nodes
        cout << "Attempt to read NonExisting (should initialize the data structure with its default).";
        fs["NonExisting"] >> m;
        cout << endl << "NonExisting = " << endl << m << endl;
    }
读入的操作和写入很类似,FileStorage提供[ ]下标直接查找某个名字的数据或者节点,FileStorage::SEQ类型的节点,可以通过迭代进行字符串的遍历。

同样的,自定义类型的读入操作需要自己定义。


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