3.1　认识图像数据

学习OpenCV的第一件事，就是要搞明白图像的存在形式。话不多说，下面基于程序具体讲解。本章C++示例代码将采用CMake方式编译（参见第2章）。

3.1.1　获取图像数据

利用OpenCV可以从图片文件、视频文件或相机设备获取图像数据，下面结合例子进行讲解。关于新建C++工程和CMakeLists.txt编译配置文件的内容就不再展开讲解了，还不熟悉的朋友可以回顾一下第2章的相关内容。从图片文件中获取图像数据的方法image_from_img.cpp，如代码清单3-1所示。

代码清单3-1　image_from_img.cpp文件内容

 1 #include <opencv2/opencv.hpp>
 2 
 3 int main(int argc, char** argv)
 4 {
 5   cv::Mat img=cv::imread("1.jpg");
 6   cv::imshow("[img1]",img);
 7   cv::waitKey(0);
 8 
 9   return 0;
10 }

第1行，使用OpenCV库必须包含的头文件。

第5行，利用imread函数来载入1.jpg图片文件，载入后的图像数据存储在Mat类对象中。OpenCV库中的函数和类都需要加上cv作用域来使用。

第6行，利用imshow函数显示图像数据。

第7行，等待键盘输入任意值，终止图像显示。

然后，看一下CMakeLists.txt文件，如代码清单3-2所示。

代码清单3-2　CMakeLists.txt文件内容

 1 cmake_minimum_required(VERSION 2.8)
 2 project(image_from_img)
 3 
 4 find_package(OpenCV REQUIRED)
 5 add_executable(image_from_img image_from_img.cpp)
 6 target_link_libraries(image_from_img ${OpenCV_LIBS})

第4行，添加OpenCV库的依赖项。

第5行，添加可执行文件。

第6行，将可执行文件和OpenCV库进行连接。

编译和运行就不再赘述了，不熟悉的朋友请参考第2章相关内容。

上面通过cv::imread方法从图片文件中获取图像数据，只需要将cv::imread方法替换成cv::VideoCapture方法就能实现从视频文件或相机中获取图像数据，即利用cv::VideoCapture可以直接访问视频文件或相机设备。当然对于机器人来说，还可以用ROS来驱动相机设备，并将图像直接发布到ROS话题以便于其他ROS节点订阅。用ROS来驱动相机的具体内容将在第4章中介绍。

3.1.2　访问图像数据

通过相机或其他设备扫描现实世界就能得到图像，这种图像在计算机中由一个个的像素点组成，如图3-1所示。图像处理的过程，其实就是对这些像素点做各种运算。

图3-1　图像中的像素点

在OpenCV中，图像被存储在Mat类中，Mat类由矩阵头和矩阵指针组成。矩阵头中存放矩阵尺寸、存储方法、存储地址等信息；矩阵指针用于指向像素值被存放的具体内存区域。Mat类非常智能，不必手动为其开辟和释放内存空间，因为OpenCV是采用引用机制来进行智能管理的。依据像素的通道组合和像素值编码方式，将创建不同的Mat对象。比如下面的例子，创建一个2×2大小的图像，像素点为3通道RGB彩色，像素值用8位unsigned char数据类型表示：

cv::Mat img(2,2,CV_8UC3,cv::Scalar(1,100,255));

当然，创建Mat类对象的构造函数有多种形式，由于篇幅限制就不过多讲解了，用到再去查阅具体资料即可。除了Mat类，还有一些类在OpenCV中也经常用到，比如cv::Point类、cv::Scalar类、cv::Size类、cv::Rect类等。还有一个重要的函数，颜色空间转换函数cv::cvtColor()。该函数可以实现RGB、HSV、HSI等颜色空间的转换。颜色空间其实就是各个彩色分量的组合方式，最常见的就是RGB颜色空间。这里特别提醒一下，OpenCV中默认的图片通道存储顺序是BGR，即蓝绿红。

各种复杂的图像处理算法，都是通过对每个像素点做运算完成的。因此需要知道如何访问图像中的每个像素点，也就是像素遍历，通过Mat类的at方法就能遍历对应行和列坐标下的像素，对于多通道的图像，还需要对每个通道再进行一次遍历。遍历像素的方法还有很多种，由于篇幅限制就不过多讲解了，用到再去查阅具体资料就行了。

图像通常由多个通道组成，有时候需要对单个通道进行处理，这时就需要将图像的通道分离出来。OpenCV通过split函数和merge函数实现通道分离与通道混合。