OpenCV2:Mat
1.Mat基礎
在計算機內存中，數字圖像是已矩陣的形式保存的。OpenCV2中，數據結構Mat是保存圖像像素信息的矩陣，它主要包含兩部分：矩陣頭和一個指向像素數據的矩陣指針。
矩陣頭主要包含，矩陣尺寸、存儲方法、存儲地址和引用次數等。
矩陣頭的大小是一個常數，不會隨着圖像的大小而改變，但是保存圖像像素數據的矩陣則會隨着圖像的大小而改變，通常數據量會很大，比矩陣頭大幾個數量級。這樣，在圖像複製和傳遞過程中，主要的開銷是由存放圖像像素的矩陣而引起的。因此，OpenCV使用了引用次數，當進行圖像複製和傳遞時，不再複製整個Mat數據，而只是複製矩陣頭和指向像素矩陣的指針。例如：
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2
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cv::Mat a ;//創建矩陣頭
a = cv::imread(“f:\psb.jpg”);//讀入圖像
cv::Mat b = a ;//複製
上面的a，b有各自的矩陣頭，但是其矩陣指針指向同一個矩陣，也就是其中任何一個改變了矩陣數據都會影響另外一個。
那麼，多個Mat共用一個矩陣數據，最後誰來釋放矩陣數據呢？
這就是引用計數的作用，當Mat對象每被複制一次時，就會將引用計數加1，而每銷燬一個Mat對象（共用同一個矩陣數據）時引用計數會被減1，當引用計數爲0時，矩陣數據會被清理。
上圖是Mat對象a，b共用一個矩陣，故其引用計數refcount爲2.
但是有些時候仍然會需要複製矩陣數據本身（不只是矩陣頭和矩陣指針），這時候可以使用clone 和copyTo方法。
cv::Mat c = a.clone();
cv::Mat d ;
a.copyTo(d);
上面代碼中的c，d各自擁有自己的矩陣，改變自己的矩陣數據不會相互影響。
在使用Mat中，需要記住：
OpenCV中的內存分配是自動完成的（不是特別指定的話）
使用OpenCV的C++ 接口時不需要考慮內存釋放問題
Mat的賦值運算和拷貝構造函數只會拷貝矩陣頭，仍然共同同一個矩陣
如果要複製矩陣數據，可以使用clone和copyTo函數
2.Mat存儲方法
Mat中矩陣的每個元素可以使用不同的數據類型，最小的數據類型是char，佔用一個字節或者8位，可以是有符號的（0到255）或者是無符號的（-127到127）。在RGB顏色空間中，使用三個char類型可以表示1600萬中顏色，但在圖像處理的過程中有可能會使用到float或者double來表示圖像的像素。
Mat的創建
構造函數
cv::Mat img(2,2,CV_8UC3,cv::Scalar(0,0,255));
上述代碼創建了一個2行2列的矩陣，矩陣元素使用8位無符號char類型保存，具有3通道，每個像素的初始值是（0，0，255）
構造函數的前兩個參數指定了矩陣的行和列
第三個參數指定矩陣元素的數據類型以及通道數，其指定規則如下：
CV_[The number of bits per item][Signed or Unsigned][TypePrefix]C[The channel number]
四部分分別指定：元素的大小，是有符號還是無符號，數據類型以及通道數
最後一個參數，Scalar是short型的vector，提供矩陣的初始化。
Create方法
該方法不能爲矩陣設置初始值，只是在改變尺寸時爲矩陣數據重新分配內存。使用方法：
img.create(4,4,CV_8UC(2));
創建了一個4行4列有2個通道的矩陣
MATLAB形式的初始化
cv::Mat e = cv::Mat::eye(4,4,CV_64F);
cv::Mat z = cv::Mat::ones(2,2,CV_32F);
cv::Mat o = cv::Mat::zeros(3,3,CV_8UC1);
Mat e是4行4列的對角矩陣
Mat z是2行2列的單位矩陣
Mat o是3行3列的零矩陣
小矩陣的初始化
對於小矩陣可以使用逗號分割的初始化函數
Mat c =(Mat_(3,3)<<1,2,3,0,-1,0,4,5,6);
在對圖像進行模板運算時，定義模板使用這種方法是很方便的。
3.Mat的輸入輸出
使用imread函數，向Mat對象中寫入一個圖像。
a = cv::imread(“f:\psb.jpg”);//讀入圖像
imread的原型如下
cv::Mat imread(const string& filename,int flags=1)
filename指定要讀取圖像的位置
flags指定圖像的顏色空間
flags > 0 3通道的彩色圖像
flags = 0 灰度圖像
flags < 0 不作改變
也可以有以下的枚舉值
CV_LOAD_IMAGE_ANYDEPTH、CV_LOAD_IMAGE_COLOR、CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE
使用imwrite函數，將Mat對象保存到指定的文件中。
imwrite的函數原型如下：
bool imwrite(const string& filename,InputArray img,constvector& params=vector())
filename，指定的文件
img 要保存的Mat對象
params 用來指定圖像的保存編碼方式。
使用filename的擴展名來指定圖像的保存格式（.jpg .png .bmp），對於不同的圖像保存類型，params是不同的值
JPEG，params用來指定圖像的質量（0到100），默認的是95. CV_IMWRITE_JPEG_QUALITY
PNG，params用來指定圖像的壓縮級別（0到9），壓縮級別越高圖像佔用的空間越小，保存圖像所用的時間越久。默認值是3. CV_IMWRITE_PNG_COMPRESSION
PPM,PGM,PBM，params是一個標記（0或者1），默認的是1.CV_IMWRITE_PXM_BINARY
imwrite只能保存8位（或者是16位無符號（CV_16UC）的PNG,JPEG200或者TIFF圖像）單通道或者三通道的圖像，如果要保存的不是這樣的圖片，可以使用convertTo或者cvtColor來進行轉變。
下面代碼展示瞭如果使用imwrite向文件中寫入一個4通道的png圖像
複製代碼
void createAlphaMat(Mat &mat)
{
for(int i = 0 ; i < mat.rows ; i ++) {
for(int j = 0 ; j < mat.cols ; j ++) {
Vec4b &rgba = mat.at(i,j);
rgba[0] = UCHAR_MAX ;
rgba[1] = saturate_cast((float (mat.cols - j)) / ((float)mat.cols) * UCHAR_MAX);
rgba[2] = saturate_cast((float (mat.rows - i)) / ((float)mat.rows) * UCHAR_MAX);
rgba[3] = saturate_cast(0.5 * (rgba[1] + rgba[2]));
}
}
}
int main()
{
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);
imwrite("alpha.png",mat,compression_params);
return 0;
}
複製代碼
4.Mat的顯示
OpenCV提供了用以窗口的形式顯示圖片的方法，代碼如下：
Mat img = imread(“f:\psb.jpg”);
const string name =”Hu”;
namedWindow(name);
imshow(name,img);
waitKey();