OpenCV简介

什么是OpenCV

OpenCV是Intel®开源计算机视觉库。它由一系列 C 函数和少量 C++ 类构成，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。

下载OpenCV

http://www.sourceforge.net/projects/opencvlibrary

OpenCV功能

• 图像数据操作（内存分配与释放，图像复制、设定和转换）
• 图像/视频的输入输出（支持文件或摄像头的输入，图像/视频文件的输出）
• 矩阵/向量数据操作及线性代数运算（矩阵乘积、矩阵方程求解、特征值、奇异值分解）
• 支持多种动态数据结构（链表、队列、数据集、树、图）
• 基本图像处理（去噪、边缘检测、角点检测、采样与插值、色彩变换、形态学处理、直方图、图像金字塔结构）
• 结构分析（连通域/分支、轮廓处理、距离转换、图像矩、模板匹配、霍夫变换、多项式逼近、曲线拟合、椭圆拟合、狄劳尼三角化）
• 摄像头定标（寻找和跟踪定标模式、参数定标、基本矩阵估计、单应矩阵估计、立体视觉匹配）
• 运动分析（光流、动作分割、目标跟踪）
• 目标识别（特征方法、HMM模型）
• 基本的GUI（显示图像/视频、键盘/鼠标操作、滑动条）
• 图像标注（直线、曲线、多边形、文本标注）

OpenCV模块

• cv – 核心函数库
• cvaux – 辅助函数库
• cxcore – 数据结构与线性代数库
• highgui – GUI函数库
• ml – 机器学习函数库

OpenCV数据结构

1、图像数据结构

（1） IPL 图像:

<PRE class = "brush: cpp; auto-links: true; collapse: false; first-line: 1; gutter: true; html-script: false; light: false; ruler: false; smart-tabs: true; tab-size: 4; toolbar: true;" >IplImage
  |-- int  nChannels;     // 颜色通道数目 (1,2,3,4)
  |-- int  depth;         // 像素的位深:
  |                       //   IPL_DEPTH_8U, IPL_DEPTH_8S,
  |                       //   IPL_DEPTH_16U,IPL_DEPTH_16S,
  |                       //   IPL_DEPTH_32S,IPL_DEPTH_32F,
  |                       //   IPL_DEPTH_64F
  |-- int  width;         // 图像宽度（像素为单位）
  |-- int  height;        // 图像高度
  |-- char * imageData;    // 图像数据指针
  |                       // 注意彩色图像按BGR顺序存储数据
  |-- int  dataOrder;     // 0 - 将像素点不同通道的值交错排在一起，形成单一像素平面
  |                       // 1 - 把所有像素同通道值排在一起，形成若干个通道平面，再把平面排列起来
  |                       // cvCreateImage 只能创建像素交错排列式的图像
  |-- int  origin;        // 0 – 像素原点为左上角,
  |                       // 1 – 像素原点为左下角 (Windows bitmaps style)
  |-- int  widthStep;     // 相邻行的同列点之间的字节数
  |-- int  imageSize;     // 图像的大小（字节为单位） = height*widthStep
  |-- struct _IplROI *roi; // 图像的感兴趣区域（ROI）. ROI非空时对图像的
  |                       // 处理仅限于ROI区域.
  |-- char *imageDataOrigin; // 图像数据未对齐时的数据原点指针
  |                          // (需要正确地重新分配图像内存 )
  |                          // （needed for correct image deallocation）
  |-- int  align;         // 图像数据的行对齐: 4 or 8 byte alignment
  |                       // OpenCV 中无此项，采用widthStep代替
  |-- char colorModel[4]; // 颜色模型 – OpenCV中忽略此项</PRE>

2、矩阵与向量

（1） 矩阵:

<PRE class = "brush: cpp; auto-links: true; collapse: false; first-line: 1; gutter: true; html-script: false; light: false; ruler: false; smart-tabs: true; tab-size: 4; toolbar: true;" >CvMat                      // 2D 矩阵
  |-- int   type;          // 元素类型 (uchar,short,int,float,double) 与标志
  |-- int   step;          // 整行长度字节数
  |-- int   rows, cols;    // 行、列数
  |-- int   height, width; // 矩阵高度、宽度，与rows、cols对应
  |-- union data;
      |-- uchar*  ptr;     // data pointer for an unsigned char matrix
      |-- short *  s;       // data pointer for a short matrix
      |-- int *    i;       // data pointer for an integer matrix
      |-- float *  fl;      // data pointer for a float matrix
      |-- double * db;      // data pointer for a double matrixCvMatND                    // N-维矩阵
  |-- int   type;          // 元素类型 (uchar,short,int,float,double) 与标志
  |-- int   dims;          // 矩阵维数
  |-- union data;
  |   |-- uchar*  ptr;     // data pointer for an unsigned char matrix
  |   |-- short *  s;       // data pointer for a short matrix
  |   |-- int *    i;       // data pointer for an integer matrix
  |   |-- float *  fl;      // data pointer for a float matrix
  |   |-- double * db;      // data pointer for a double matrix
  |
  |-- struct dim[];        // 各维信息
      |-- size;            // 元素数目
      |-- step;            // 元素间距（字节为单位）CvSparseMat // N-维稀疏矩阵</PRE>

（2） 一般矩阵:

<PRE>CvArr*     // 仅作为函数定义的参数使用，
           // 表明函数可以接受不同类型的矩阵作为参数，
           // 例如：IplImage*, CvMat* 甚至是 CvSeq*.
           // 矩阵的类型通过矩阵头的前4个字节信息来确定</PRE>

（3） 标量:

<PRE>CvScalar
  |-- double val[4]; //4D 向量</PRE>
<P>初始化函数: <PRE>CvScalar s = cvScalar( double val0, double val1=0, double val2=0, double val3=0);
// Example:
CvScalar s = cvScalar(20.0);
s.val[0]=20.0;</PRE>
<P>注意该初始化函数的函数名与对应的结构体名称几乎同名，差别仅在于函数名第一个字母是小写的，而结构体名第一个字母是大写的。它并不是一个 C++
构造函数。（译注：类似的还有 cvMat 与 CvMat、cvPoint 与 CvPoint 等等）</P>

 

3、其它结构类型

（1） 点:

<PRE>CvPoint      p = cvPoint( int x, int y);
CvPoint2D32f p = cvPoint2D32f( float x, float y);
CvPoint3D32f p = cvPoint3D32f( float x, float y, float z);
//E.g.:
p.x=5.0;
p.y=5.0;</PRE>

（2） 矩形框大小（以像素为精度）:

<PRE>CvSize       r = cvSize( int width, int height);
CvSize2D32f  r = cvSize2D32f( float width, float height);</PRE>

（3） 矩形框的偏置和大小:

<PRE>CvRect       r = cvRect( int x, int y, int width, int height);</PRE>

HighGUI视频读写函数
 
  
  
  
  

   
   
   
   
CvCapture 

   
   
   
   
视频获取结构 

   
   
   
   
typedef struct CvCapture CvCapture;
   
   
   
   
结构CvCapture 没有公共接口，它只能被用来作为视频获取函数的一个参数。 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvCreateFileCapture 
   
   
   
   
初始化从文件中获取视频 
   
   
   
   
CvCapture* cvCreateFileCapture( const char* filename );
   
   
   
   
 
    

      filename 
    
 
    

      视频文件名。 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvCreateFileCapture给指定文件中的视频流分配和初始化CvCapture结构。 
   
   
   
   
当分配的结构不再使用的时候，它应该使用cvReleaseCapture函数释放掉。 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvCreateCameraCapture 
   
   
   
   
初始化从摄像头中获取视频 
   
   
   
   
CvCapture* cvCreateCameraCapture( int index );
   
   
   
   
 
    

      index 
    
 
    

      要使用的摄像头索引。如果只有一个摄像头或者用哪个摄像头也无所谓，那使用参数-1应该便可以。 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvCreateCameraCapture给从摄像头的视频流分配和初始化CvCapture结构。目前在Windows下可使用两种接口：Video for Windows（VFW）和Matrox Imaging Library（MIL）； Linux下也有两种接口：V4L和FireWire（IEEE1394）。 
   
   
   
   
释放这个结构，使用函数cvReleaseCapture。 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvReleaseCapture 
   
   
   
   
释放CvCapture结构 
   
   
   
   
void cvReleaseCapture( CvCapture** capture );
   
   
   
   
 
    

      capture 
    
 
    

      视频获取结构指针。 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvReleaseCapture释放由cvCaptureFromFile 或者cvCaptureFromCAM申请的CvCapture结构。 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvGrabFrame 
   
   
   
   
从摄像头或者视频文件中抓取帧 
   
   
   
   
int cvGrabFrame( CvCapture* capture );
   
   
   
   
 
    

      capture 
    
 
    

      视频获取结构指针。 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvGrabFrame从摄像头或者文件中抓取帧。被抓取的帧在内部被存储。这个函数的目的是快速的抓取帧，这一点对同时从几个摄像头读取数据的同步是很重要的。被抓取的帧可能是压缩的格式（由摄像头／驱动定义），所以没有被公开出来。如果要取回获取的帧，请使用cvRetrieveFrame。 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvRetrieveFrame 
   
   
   
   
取回由函数cvGrabFrame抓取的图像 
   
   
   
   
IplImage* cvRetrieveFrame( CvCapture* capture );
   
   
   
   
 
    

      capture 
    
 
    

      视频获取结构。 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvRetrieveFrame返回由函数cvGrabFrame 抓取的图像的指针。返回的图像不可以被用户释放或者修改。 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvQueryFrame 
   
   
   
   
从摄像头或者文件中抓取并返回一帧 
   
   
   
   
IplImage* cvQueryFrame( CvCapture* capture );
   
   
   
   
 
    

      capture 
    
 
    

      视频获取结构。 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvQueryFrame从摄像头或者文件中抓取一帧，然后解压并返回这一帧。这个函数仅仅是函数cvGrabFrame和函数cvRetrieveFrame在一起调用的组合。返回的图像不可以被用户释放或者修改。 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvGetCaptureProperty 
   
   
   
   
获得视频获取结构的属性 
   
   
   
   
double cvGetCaptureProperty( CvCapture* capture, int property_id );
   
   
   
   
 
    

      capture 
    
 
    

      视频获取结构。 
    
 
    

      property_id 
    
 
    

      属性标识。可以是下面之一： 
     
 
      

        CV_CAP_PROP_POS_MSEC - 影片目前位置，为毫秒数或者视频获取时间戳 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_POS_FRAMES - 将被下一步解压／获取的帧索引，以0为起点 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_POS_AVI_RATIO - 视频文件的相对位置（0 - 影片的开始，1 - 影片的结尾) 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH - 视频流中的帧宽度 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT - 视频流中的帧高度 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_FPS - 帧率 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_FOURCC - 表示codec的四个字符 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_FRAME_COUNT - 视频文件中帧的总数 
      
 
     
 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvGetCaptureProperty获得摄像头或者视频文件的指定属性。 
   
   
   
   
译者注：有时候这个函数在cvQueryFrame被调用一次后，再调用cvGetCaptureProperty才会返回正确的数值。 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvSetCaptureProperty 
   
   
   
   
设置视频获取属性 
   
   
   
   
int cvSetCaptureProperty( CvCapture* capture, int property_id, double value );
   
   
   
   
 
    

      capture 
    
 
    

      视频获取结构。 
    
 
    

      property_id 
    
 
    

      属性标识符。可以是下面之一： 
     
 
      

        CV_CAP_PROP_POS_MSEC - 从文件开始的位置，单位为毫秒 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_POS_FRAMES - 单位为帧数的位置（只对视频文件有效） 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_POS_AVI_RATIO - 视频文件的相对位置（0 - 影片的开始，1 - 影片的结尾) 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH - 视频流的帧宽度（只对摄像头有效） 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT - 视频流的帧高度（只对摄像头有效） 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_FPS - 帧率（只对摄像头有效） 
      
 
      

        CV_CAP_PROP_FOURCC - 表示codec的四个字符（只对摄像头有效） 
      
 
     
 
    
 
   
   
   
   
   
 
    

      value 
    
 
    

      属性的值。 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvSetCaptureProperty设置指定视频获取的属性。目前这个函数对视频文件只支持： CV_CAP_PROP_POS_MSEC, CV_CAP_PROP_POS_FRAMES, CV_CAP_PROP_POS_AVI_RATIO 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvCreateVideoWriter 
   
   
   
   
创建视频文件写入器 
   
   
   
   
typedef struct CvVideoWriter CvVideoWriter;CvVideoWriter* cvCreateVideoWriter( const char* filename, int fourcc, double fps, CvSize frame_size, int is_color=1 );
   
   
   
   
 
    

      filename 
    
 
    

      输出视频文件名。 
    
 
    

      fourcc 
    
 
    

      四个字符用来表示压缩帧的codec 例如，CV_FOURCC('P','I','M','1')是MPEG-1 codec， CV_FOURCC('M','J','P','G')是motion-jpeg codec等。 在Win32下，如果传入参数-1，可以从一个对话框中选择压缩方法和压缩参数。 
    
 
    

      fps 
    
 
    

      被创建视频流的帧率。 
    
 
    

      frame_size 
    
 
    

      视频流的大小。 
    
 
    

      is_color 
    
 
    

      如果非零，编码器将希望得到彩色帧并进行编码；否则，是灰度帧（只有在Windows下支持这个标志）。 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvCreateVideoWriter创建视频写入器结构。 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvReleaseVideoWriter 
   
   
   
   
释放视频写入器 
   
   
   
   
void cvReleaseVideoWriter( CvVideoWriter** writer );
   
   
   
   
 
    

      writer 
    
 
    

      指向视频写入器的指针。 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvReleaseVideoWriter结束视频文件的写入并且释放这个结构。 
   
   
   
   

       
   
   
   
   
   
   
cvWriteFrame 
   
   
   
   
写入一帧到一个视频文件中 
   
   
   
   
int cvWriteFrame( CvVideoWriter* writer, const IplImage* image );
   
   
   
   
 
    

      writer 
    
 
    

      视频写入器结构。 
    
 
    

      image 
    
 
    

      被写入的帧。 
    
 
   
   
   
   
   
函数cvWriteFrame写入／附加到视频文件一帧。