【OpenCV学习笔记】2.1OpenCV基本数据类型

OpenCV提供了多种基本数据类型。虽然这些数据类型在C语言中不是基本类型，但结构都很简单，可将它们作为原子类型。可以在“…/OpenCV/cxcore/include”目录下的cxtypes.h文件中查看其详细定义。

数据类型中最简单的就是CvPoint。CvPoint是一个包含integer类型成员x和y的简单结构体。CvPoint有两个变体类型：CvPoint2D32f和CvPoint3D32f。前者同样有两个成员x，y，但它们是浮点类型；而后者却多了一个浮点类型的成员z。

CvSize类型与CvPoint非常相似，但它的数据成员是integer类型的width和height。如果希望使用浮点类型，则选用CvSize的变体类型CvSize2D32f。

CvRect类型派生于CvPoint和CvSize，它包含4个数据成员：x，y，width和height。(正如你所想的那样，该类型是一个复合类型)。

下一个(但不是最后一个)是包含4个整型成员的CvScalar类型，当内存不是问题时，CvScalar经常用来代替1，2或者3个实数成员(在这个情况下，不需要的分量被忽略)。CvScalar有一个单独的成员val，它是一个指向4个双精度浮点数数组的指针。

所有这些数据类型具有以其名称来定义的构造函数，例如cvSize()。(构造函数通常具有与结构类型一样的名称，只是首字母不大写)。记住，这是C而不是C++，所以这些构造函数只是内联函数，它们首先提取参数列表，然后返回被赋予相关值的结构。                                                                                                                  

各数据类型的内联构造函数被列在下表中：cvPoint()，cvSize()，cvRect()和cvScalar()。这些结构都十分有用，因为它们不仅使代码更容易编写，而且也更易于阅读。假设要在(5，10)和(20，30)之间画一个白色矩形，只需简单调用：

 

cvRectangle(

    myImg,

    cvPoint(5,10),

    cvPoint(20,30),

    cvScalar(255,255,255)

);

 

表3-1：points, size, rectangles和calar三元组的结构

结构	成员	意义
CvPoint	int x, y	图像中的点
CvPoint2D32f	float x, y	二维空间中的点
CvPoint3D32f	float x, y, z	三维空间中的点
CvSize	int width, height	图像的尺寸
CvRect	int x, y, width, height	图像的部分区域
CvScalar	double val[4]	RGBA 值

cvScalar是一个特殊的例子：它有3个构造函数。第一个是cvScalar()，它需要一个、两个、三个或者四个参数并将这些参数传递给数组val[]中的相应元素。第二个构造函数是cvRealScalar()，它需要一个参数，它被传递给给val[0]，而val[]数组别的值被赋为0。最后一个有所变化的是cvScalarAll()，它需要一个参数并且val[]中的4个元素都会设置为这个参数。

矩阵和图像类型

下图为我们展示了三种图像的类或结构层次结构。使用OpenCV时，会频繁遇到IplImage数据类型，IplImage是我们用来为通常所说的“图像”进行编码的基本结构。这些图像可能是灰度，彩色，4通道的(RGB+alpha)，其中每个通道可以包含任意的整数或浮点数。因此，该类型比常见的、易于理解的3通道8位RGB图像更通用。

OpenCV提供了大量实用的图像操作符，包括缩放图像，单通道提取，找出特定通道最大最小值，两个图像求和，对图像进行阈值操作，等等。

图3-1：虽然OpenCV是由C语言实现的，但它使用的结构体也是遵循面向对象的思想设计的。实际上，IplImage由CvMat派生，而CvMat由CvArr派生

在开始探讨图像细节之前，我们需要先了解另一种数据类型CvMat，OpenCV的矩阵结构。虽然OpenCV完全由C语言实现，但CvMat和IplImage之间的关系就如同C++中的继承关系。实质上，IplImage可以被视为从CvMat中派生的。因此，在试图了解复杂的派生类之前，最好先了解基本的类。第三个类CvArr，可以被视为一个抽象基类，CvMat由它派生。在函数原型中，会经常看到CvArr(更准确地说，CvArr*)，当它出现时，便可以将CvMat*或IplImage*传递到程序。

    CvMat矩阵结构：

在开始学习矩阵的相关内容之前，我们需要知道两件事情。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。例如，一个用于新建一个二维矩阵的例程具有以下原型：

cvMat* cvCreateMat ( int rows, int cols, int type );

这里type可以是任何预定义类型，预定义类型的结构如下：CV_ (S|U|F)C。于是，矩阵的元素可以是32位浮点型数据(CV_32FC1)，或者是无符号的8位三元组的整型数据(CV_8UC3)，或者是无数的其他类型的元素。一个CvMat的元素不一定就是个单一的数字。在矩阵中可以通过单一(简单)的输入来表示多值，这样我们可以在一个三原色图像上描绘多重色彩通道。对于一个包含RGB通道的简单图像，大多数的图像操作将分别应用于每一个通道(除非另有说明)。

 

IplImage数据结构

从本质上讲，它是一个CvMat对象，但它还有其他一些成员变量将矩阵解释为图像。这个结构最初被定义为Intel图像处理库(IPL)的一部分。IplImage结构的准确定义如例3-10所示。

例3-10：IplImage结构

 

typedef struct _IplImage {

  int nSize;

  int ID;

  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;

  int widthStep;

  int BorderMode[4];

  int BorderConst[4];

  char* imageDataOrigin;

} IplImage;

 

我们试图讨论这些变量的某些功能。有些变量不是很重要，但是有些变量非常重要，有助于我们理解OpenCV解释和处理图像的方式。

width和height这两个变量很重要，其次是depth和nchannals。depth变量的值取自ipl.h中定义的一组数据，但与在矩阵中看到的对应变量不同。因为在图像中，我们往往将深度和通道数分开处理，而在矩阵中，我们往往同时表示它们。可用的深度值如表3-2所示。                                                                                                表3-2：OpenCV图像类型

宏	图像像素类型
IPL_DEPTH_8U	无符号8位整数 (8u)
IPL_DEPTH_8S	有符号 8位整数(8s)
IPL_DEPTH_16S	有符号16位整数(16s)
IPL_DEPTH_32S	有符号32位整数(32s)
IPL_DEPTH_32F	32位浮点数单精度(32f)
IPL_DEPTH_64F	64位浮点数双精度(64f)

通道数nChannels可取的值是1，2，3或4。

随后两个重要成员是origin和dataOrder。origin变量可以有两种取值：IPL_ORIGIN_TL 或者 IPL_ORIGIN_BL，分别设置坐标原点的位置于图像的左上角或者左下角。

在计算机视觉领域，一个重要的错误来源就是原点位置的定义不统一。具体而言，图像的来源、操作系统、编解码器和存储格式等因素都可以影响图像坐标原点的选取。举例来说，你或许认为自己正在从图像上面的脸部附近取样，但实际上却在图像下方的裙子附近取样。避免此类现象发生的最好办法是在最开始的时候检查一下系统，在所操作的图像块的地方画点东西试试。

dataOrder的取值可以是IPL_DATA_ORDER_PIXEL或IPL_DATA_ORDER_PLANE，前者指明数据是将像素点不同通道的值交错排在一起(这是常用的交错排列方式)，后者是把所有像素同通道值排在一起，形成通道平面，再把平面排列起来。

参数widthStep与前面讨论过的CvMat中的step参数类似，包括相邻行的同列点之间的字节数。仅凭变量width是不能计算这个值的，因为为了处理过程更高效每行都会用固定的字节数来对齐；因此在第i行末和第i+1行开始处可能会有些冗于字节。参数imageData包含一个指向第一行图像数据的指针。如果图像中有些独立的平面(如当dataOrder = IPL_DATA_ORDER_PLANE)那么把它们作为单独的图像连续摆放，总行数为height和nChannels的乘积。但通常情况下，它们是交错的，使得行数等于高度，而且每一行都有序地包含交错的通道。

最后还有一个实用的重要参数—— 感兴趣的区域(ROI)，实际上它是另一个IPL/IPP 结构IplROI的实例。IplROI包含xOffset，yOffset，height，width和coi成员变量，其中COI代表channel of interest(感兴趣的通道)。ROI的思想是：一旦设定ROI，通常作用于整幅图像的函数便会只对ROI所表示的子图像进行操作。如果IplImage变量中设置了ROI，则所有的OpenCV函数就会使用该ROI变量。如果COI被设置成非0值，则对该图像的操作就只作用于被指定的通道上了。不幸的是，许多OpenCV函数都忽略参数COI。