Qt 中 QImage 与cv::Mat 互转和细节部分及Qt隐式数据共享介绍

前言

之前搜到一篇，使用无误。后来需用到此方法，又搜了一下，发现了一个小细节不同，导致最终 QImage 转 cv::Mat 失败。同时对两个函数稍微看了一下。

Qt 隐式数据共享

在这之前有必要了解一下Qt 中的数据储存模式。

Qt中使用隐式数据共享：为优化执行速度和节约内存设计的，详情见Qt 的文档中的 Implicit Sharing。这里仅摘要他的简述，文档下面详细介绍了运行机制。

• Many C++ classes in Qt use implicit data sharing to maximize resource usage and minimize copying. Implicitly shared classes are both safe and efficient when passed as arguments, because only a pointer to the data is passed around, and the data is copied only if and when a function writes to it, i.e., copy-on-write

重要的就是最后一句说明，数据的完全拷贝仅仅在指向数据的指针将数据发生了改变进行。下面进行说明。

操作不进行深层拷贝

QImage img;
Qimag a,b,c,d;
a=img;
b=img;
c=img,
d=img;

在内存中始终只存在一个img 的数据，其他都只是获得引用，也就是保存一个数据的指针。（此时img引用计数变成5个）

同时需要注意，a,b,c,d 的 bit() 数据是指向了一个新的地址，与img 的bits() 不同。但是a,b,c,d的 constBits() 与 img保持相同（即获得引用）
调用 bits() 函数就进行深层拷贝，此时a,b,c,d的 constBits() 与 bits() 相同，与img的地址不同。这时已经不是隐式数据共享，而是进行了深层拷贝（通过观察任务管理器的内存跟想象一样）。

操作进行深层拷贝

QPainter p(&d);
p.drawRect(10,10,50,50);
//或者下面的操作
d.setPixelColor(10,20,QColor(Qt::red));
//或者
uchar *pdata=d.bits();
for (int i=0;i<1920*3*100;++i){
     pdata[i]=0;
 }
//只要进行了像素的修改就进行深层拷贝

此时d进行了数据的更改，d的数据进行了深层拷贝，img的引用计数减一（此时img的引用计数变为4），d与img无任何关系。内存中含有两张图片的内存。
此时d 的 bits() 和 constBits() 地址一样。

实验

目的，通过修改隐式共享的图像，让其进行深度拷贝，脱离原对象

实验一

代码

QImage img("D:/图片/服部1.jpeg");
QImage implicit=img;
qDebug()<<"img data addr:"<

结果

改变了像素后，data的地址发生了变化，即进行了深层拷贝

实验二

代码

QImage img("D:/图片/服部1.jpeg");
QImage implicit=img;
qDebug()<<"img data constBits():"<

结果

调用了 bits() 后，data的地址发生了变化，即进行了深层拷贝

QImage -> cv::Mat

三种传值及调用方式

值传递 使用constBits()

//形参传递
cv::Mat QImage2cvMat(QImage image)
{
	cv::Mat mat;
	switch (image.format())
	{
	case QImage::Format_ARGB32:
	case QImage::Format_RGB32:
	case QImage::Format_ARGB32_Premultiplied:				//此处若使用 image.bits()  最终导致转换失败
		mat = cv::Mat(image.height(), image.width(), CV_8UC4, (void*)image.constBits(), image.bytesPerLine());
		break;
	case QImage::Format_RGB888:
		mat = cv::Mat(image.height(), image.width(), CV_8UC3, (void*)image.constBits(), image.bytesPerLine());
		cv::cvtColor(mat, mat, CV_BGR2RGB);
		break;
	case QImage::Format_Indexed8:
		mat = cv::Mat(image.height(), image.width(), CV_8UC1, (void*)image.constBits(), image.bytesPerLine());
		break;
	}
	return mat;
}

引用传递使用bits()

另一种解决方法:将传入参数QImage image 改为 QImage &image,引用传参，constBits()改回 bits();

//引用传递 (函数中image 地址 与传递进来的地址一样)
cv::Mat QImage2cvMat(QImage &image)
{
	cv::Mat mat;
	switch (image.format())
	{
	case QImage::Format_ARGB32:
	case QImage::Format_RGB32:
	case QImage::Format_ARGB32_Premultiplied:				//此处若使用 image.bits()  最终导致转换失败
		mat = cv::Mat(image.height(), image.width(), CV_8UC4, (void*)image.bits(), image.bytesPerLine());
		break;
	case QImage::Format_RGB888:
		mat = cv::Mat(image.height(), image.width(), CV_8UC3, (void*)image.bits(), image.bytesPerLine());
		cv::cvtColor(mat, mat, CV_BGR2RGB);
		break;
	case QImage::Format_Indexed8:
		mat = cv::Mat(image.height(), image.width(), CV_8UC1, (void*)image.bits(), image.bytesPerLine());
		break;
	}
	return mat;
}

引用传递使用constBits()

//引用传递 (函数中image 地址 与传递进来的地址一样)
cv::Mat QImage2cvMat(QImage &image)
{
	cv::Mat mat;
	switch (image.format())
	{
	case QImage::Format_ARGB32:
	case QImage::Format_RGB32:
	case QImage::Format_ARGB32_Premultiplied:				//此处若使用 image.bits()  最终导致转换失败
		mat = cv::Mat(image.height(), image.width(), CV_8UC4, (void*)image.constBits(), image.bytesPerLine());
		break;
	case QImage::Format_RGB888:
		mat = cv::Mat(image.height(), image.width(), CV_8UC3, (void*)image.constBits(), image.bytesPerLine());
		cv::cvtColor(mat, mat, CV_BGR2RGB);
		break;
	case QImage::Format_Indexed8:
		mat = cv::Mat(image.height(), image.width(), CV_8UC1, (void*)image.constBits(), image.bytesPerLine());
		break;
	}
	return mat;
}

三种方法区别

先看bit() 与constBits() 的区别

• Qt QImage bits()
  
  调用上面的 bits() 会进行深层拷贝（没懂）,下面的不会进行深层拷贝
• Qt QImage constBits()
  
  不会进行深层拷贝

各个方式细分

形式参数+constBits()

虽然是形参传递，但是函数中的 image 的 constBits() 与原 implicit 的 constBits() 相同，但是 bits() 不相同。
在函数里 调用一下bits() 会进行深层拷贝，这时将 转换中的constBits() 替换成 bits() 可以让函数运行出去不出问题，但是 image 的作用域在函数中，一旦出了函数，image的内存被释放掉了，即数据指针会发生访问权限。后面操作mat会出错。

这里 mat 的构造函数需要讲解一下，详细说明，需要展开，这里提一下，cv::Mat 构造函数data 仅仅是将指针指向数据，不进行拷贝。

引用传递+bits()

跟前面描述Qt 隐式内存一样，因为是引用传递，所以在函数中执行 bits() 向当于原对象执行 bits() ，自然进行了深度拷贝。这时 implicit 与 image 已经是两个不同的对象，内存中有两张这样的图片。
（观察程序内存的变化与所想一致）

引用传递+constBits()

这个方式跟 形参传递+constBits() ，基本相同，因为 constBits() 是一样的。但是有一点不同，就是，引用传递在当前条件下肯定比 形参传递快，引用是传递地址。

cv::Mat -> QImage

QImage cvMat2QImage(const cv::Mat &mat)
{
	// 8-bits unsigned, NO. OF CHANNELS = 1  
	if (mat.type() == CV_8UC1)
	{
		QImage image(mat.cols, mat.rows, QImage::Format_Indexed8);
		// Set the color table (used to translate colour indexes to qRgb values)  
		image.setColorCount(256);
		for (int i = 0; i < 256; i++)
		{
			image.setColor(i, qRgb(i, i, i));
		}
		// Copy input Mat  
		uchar *pSrc = mat.data;
		for (int row = 0; row < mat.rows; row++)
		{
			uchar *pDest = image.scanLine(row);
			memcpy(pDest, pSrc, mat.cols);
			pSrc += mat.step;
		}
		return image;					//         Index1
	}
	// 8-bits unsigned, NO. OF CHANNELS = 3  
	else if (mat.type() == CV_8UC3)
	{
		// Copy input Mat  
		const uchar *pSrc = (const uchar*)mat.data;
		// Create QImage with same dimensions as input Mat  
		QImage image(pSrc, mat.cols, mat.rows, mat.step, QImage::Format_RGB888);
		return image.rgbSwapped();		//         Index2
	}
	else if (mat.type() == CV_8UC4)
	{
		// Copy input Mat  
		const uchar *pSrc = (const uchar*)mat.data;
		// Create QImage with same dimensions as input Mat  
		QImage image(pSrc, mat.cols, mat.rows, mat.step, QImage::Format_ARGB32);
		return image.copy();			//         Index3
	}
	else
	{
		return QImage();
	}
}

Index1

新建了一个cv::Mat Size 大小的 QImage，然后逐行将cv::Mat 中数据拷贝到QImage 中,不存在在内存共用，直接返回。

Index2

cv::Mat 储存图片数据在 CV_8UC3时按照 BGR 储存， 因此浅拷贝了图片，还需执行通道转换。通道转换时已经进行了深度拷贝

• 文档说明
  
  将 BGR 图片转换为 RGB ，且原图像不发生任何改变，深度拷贝的同时，进行了通道转换。

Index3

为什么没有通道的转换，暂时还不明白，需要再看下资料。