OpenCV中IplImage, CvMat, Mat 的关系和相互转换

opencv中常见的与图像操作有关的数据容器有Mat，cvMat和IplImage，这三种类型都可以代表和显示图像，但是，Mat类型侧重于计算，数学性较高，openCV对Mat类型的计算也进行了优化。而CvMat和IplImage类型更侧重于“图像”，opencv对其中的图像操作（缩放、单通道提取、图像阈值操作等）进行了优化。在opencv2.0之前，opencv是完全用C实现的，但是，IplImage类型与CvMat类型的关系类似于面向对象中的继承关系。实际上，CvMat之上还有一个更抽象的基类----CvArr，这在源代码中会常见。

1. IplImage

opencv中的图像信息头，该结构体定义：  


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Code

typedef struct _IplImage
{
int nSize;    /* IplImage大小 */
int ID;    /* 版本 (=0)*/
int nChannels;  /* 大多数OPENCV函数支持1,2,3 或 4 个通道 */
int alphaChannel;  /* 被OpenCV忽略 */
int depth;   /* 像素的位深度: IPL_DEPTH_8U, IPL_DEPTH_8S, IPL_DEPTH_16U,
IPL_DEPTH_16S, IPL_DEPTH_32S, IPL_DEPTH_32F and IPL_DEPTH_64F 可支持 */

char colorModel[4]; /* 被OpenCV忽略 */
char channelSeq[4]; /* 被OpenCV忽略 */
int dataOrder;      /* 0 - 交叉存取颜色通道, 1 - 分开的颜色通道. cvCreateImage只能创建交叉存取图像 */
int origin;     /* 0 - 顶—左结构,1 - 底—左结构 (Windows bitmaps 风格) */
int align;     /* 图像行排列 (4 or 8). OpenCV 忽略它，使用 widthStep 代替 */

int width;     /* 图像宽像素数 */
int height;    /* 图像高像素数*/

struct _IplROI *roi;  /* 图像感兴趣区域. 当该值非空只对该区域进行处理 */
struct _IplImage *maskROI; /* 在 OpenCV中必须置NULL */
void *imageId;  /* 同上*/
struct _IplTileInfo *tileInfo;  /*同上*/

int imageSize;    /* 图像数据大小(在交叉存取格式下imageSize=image->height*image->widthStep），单位字节*/
char *imageData;    /* 指向排列的图像数据 */
int widthStep;     /* 排列的图像行大小，以字节为单位 */
int BorderMode[4];     /* 边际结束模式, 被OpenCV忽略 */
int BorderConst[4];    /* 同上 */

char *imageDataOrigin;    /* 指针指向一个不同的图像数据结构（不是必须排列的），是为了纠正图像内存分配准备的 */
} IplImage;

dataOrder中的两个取值：交叉存取颜色通道是颜色数据排列将会是BGRBGR...的交错排列。分开的颜色通道是有几个颜色通道就分几个颜色平面存储。roi是IplROI结构体，该结构体包含了xOffset,yOffset,height,width,coi成员变量，其中xOffset,yOffset是x,y坐标，coi代表channel
of interest(感兴趣的通道)，非0的时候才有效。访问图像中的数据元素，分间接存储和直接存储，当图像元素为浮点型时，(uchar *) 改为 (float *)： 


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/*间接存取*/
IplImage* img=cvLoadImage("lena.jpg", 1);
CvScalar s;       /*sizeof(s) == img->nChannels*/
s=cvGet2D(img,i,j);  /*get the (i,j) pixel value*/
cvSet2D(img,i,j,s);   /*set the (i,j) pixel value*/

/*宏操作*/
IplImage* img; //malloc memory by cvLoadImage or cvCreateImage
for(int row = 0; row <　img->height; row++)
{
for (int col = 0; col < img->width; col++)
{
b = CV_IMAGE_ELEM(img, UCHAR, row, col * img->nChannels + 0);
g = CV_IMAGE_ELEM(img, UCHAR, row, col * img->nChannels + 1);
r = CV_IMAGE_ELEM(img, UCHAR, row, col * img->nChannels + 2);
}
}

/*直接存取*/
IplImage* img; //malloc memory by cvLoadImage or cvCreateImage
uchar b, g, r; // 3 channels
for(int row = 0; row <　img->height; row++)
{
for (int col = 0; col < img->width; col++)
{
b = ((uchar *)(img->imageData + row * img->widthStep))[col * img->nChannels + 0];
g = ((uchar *)(img->imageData + row * img->widthStep))[col * img->nChannels + 1];
r = ((uchar *)(img->imageData + row * img->widthStep))[col * img->nChannels + 2];
}
}

 初始化使用IplImage *，是一个指向结构体IplImage的指针： 


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IplImage * cvLoadImage(const char * filename, int iscolor CV_DEFAULT(CV_LOAD_IMAGE_COLOR)); //load images from specified image
IplImage * cvCreateImage(CvSize size, int depth, int channels);  //allocate memory

 

2.CvMat

首先，我们需要知道，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，可以是多通道的值。CvMat
的结构： 


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typedef struct CvMat
{
int type;
int step;          /*用字节表示行数据长度*/
int* refcount;     /*内部访问*/
union {
uchar*  ptr;
short*  s;
int*    i;
float*  fl;
double* db;
} data;    /*数据指针*/
union {
int rows;
int height;
};
union {
int cols;
int width;
};
} CvMat; /*矩阵结构头*/

 创建CvMat数据： 


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CvMat * cvCreateMat(int rows, int cols, int type); /*创建矩阵头并分配内存*/
CV_INLine CvMat cvMat((int rows, int cols, int type, void* data CV_DEFAULT); /*用已有数据data初始化矩阵*/
CvMat * cvInitMatHeader(CvMat * mat, int rows, int cols, int type, void * data CV_DEFAULT(NULL), int step CV_DEFAULT(CV_AUTOSTEP)); /*(用已有数据data创建矩阵头)*/

 对矩阵数据进行访问： 


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/*间接访问*/
/*访问CV_32F1和CV_64FC1*/
cvmSet( CvMat* mat, int row, int col, double value);
cvmGet( const CvMat* mat, int row, int col );

/*访问多通道或者其他数据类型: scalar的大小为图像的通道值*/
CvScalar cvGet2D(const CvArr * arr, int idx0, int idx1); //CvArr只作为函数的形参void cvSet2D(CvArr* arr, int idx0, int idx1, CvScalar value);

/*直接访问: 取决于数组的数据类型*/
/*CV_32FC1*/
CvMat * cvmat = cvCreateMat(4, 4, CV_32FC1);
cvmat->data.fl[row * cvmat->cols + col] = (float)3.0;

/*CV_64FC1*/
CvMat * cvmat = cvCreateMat(4, 4, CV_64FC1);
cvmat->data.db[row * cvmat->cols + col] = 3.0;

/*一般对于单通道*/
CvMat * cvmat = cvCreateMat(4, 4, CV_64FC1);
CV_MAT_ELEM(*cvmat, double, row, col) = 3.0; /*double是根据数组的数据类型传入,这个宏不能处理多通道*/

/*一般对于多通道*/
if (CV_MAT_DEPTH(cvmat->type) == CV_32F)
CV_MAT_ELEM_CN(*cvmat, float, row, col * CV_MAT_CN(cvmat->type) + ch) = (float)3.0; // ch为通道值
if (CV_MAT_DEPTH(cvmat->type) == CV_64F)
CV_MAT_ELEM_CN(*cvmat, double, row, col * CV_MAT_CN(cvmat->type) + ch) = 3.0; // ch为通道值

/*多通道数组*/
/*3通道*/
for (int row = 0; row < cvmat->rows; row++)
{
p = cvmat ->data.fl + row * (cvmat->step / 4);
for (int col = 0; col < cvmat->cols; col++)
{
*p = (float) row + col;
*(p+1) = (float)row + col + 1;
*(p+2) = (float)row + col + 2;
p += 3;
}
}
/*2通道*/
CvMat * vector = cvCreateMat(1,3, CV_32SC2);CV_MAT_ELEM(*vector, CvPoint, 0, 0) = cvPoint(100,100);
/*4通道*/
CvMat * vector = cvCreateMat(1,3, CV_64FC4);CV_MAT_ELEM(*vector, CvScalar, 0, 0) = CvScalar(0, 0, 0, 0);

 复制矩阵操作：


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/*复制矩阵*/
CvMat* M1 = cvCreateMat(4,4,CV_32FC1);
CvMat* M2;
M2=cvCloneMat(M1);

 

3.Mat

Mat是opencv2.0推出的处理图像的新的数据结构，现在越来越有趋势取代之前的cvMat和lplImage，相比之下Mat最大的好处就是能够更加方便的进行内存管理，不再需要程序员手动管理内存的释放。opencv2.3中提到Mat是一个多维的密集数据数组，可以用来处理向量和矩阵、图像、直方图等等常见的多维数据。 


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class CV_EXPORTS Mat
{

public：

/*..很多方法..*/
/*............*/

int flags;（Note ：目前还不知道flags做什么用的）
int dims;  /*数据的维数*/
int rows,cols; /*行和列的数量;数组超过2维时为(-1，-1)*/
uchar *data;   /*指向数据*/
int * refcount;   /*指针的引用计数器; 阵列指向用户分配的数据时，指针为 NULL

/* 其他成员 */
...

};

 从以上结构体可以看出Mat也是一个矩阵头，默认不分配内存，只是指向一块内存(注意读写保护)。初始化使用create函数或者Mat构造函数，以下整理自opencv2.3.1 Manual:


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Mat(nrows, ncols, type, fillValue]);
M.create(nrows, ncols, type);

例子：
Mat M(7,7,CV_32FC2,Scalar(1,3)); /*创建复数矩阵1+3j*/
M.create(100, 60, CV_8UC(15)); /*创建15个通道的8bit的矩阵*/

/*创建100*100*100的8位数组*/
int sz[] = {100, 100, 100};
Mat bigCube(3, sz, CV_8U, Scalar:all(0));

/*现成数组*/
double m[3][3] = {{a, b, c}, {d, e, f}, {g, h, i}};
Mat M = Mat(3, 3, CV_64F, m).inv();

/*图像数据*/
Mat img(Size(320,240),CV_8UC3);
Mat img(height, width, CV_8UC3, pixels, step); /*const unsigned char* pixels,int width, int height, int step*/

/*使用现成图像初始化Mat*/
IplImage* img = cvLoadImage("greatwave.jpg", 1);
Mat mtx(img,0); // convert IplImage* -> Mat; /*不复制数据,只创建一个数据头*/

访问Mat的数据元素：


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/*对某行进行访问*/
Mat M;
M.row(3) = M.row(3) + M.row(5) * 3; /*第5行扩大三倍加到第3行*/

/*对某列进行复制操作*/
Mat M1 = M.col(1);
M.col(7).copyTo(M1); /*第7列复制给第1列*/

/*对某个元素的访问*/
Mat M;
M.at<double>(i,j); /*double*/
M.at(uchar)(i,j);  /*CV_8UC1*/
Vec3i bgr1 = M.at(Vec3b)(i,j) /*CV_8UC3*/
Vec3s bgr2 = M.at(Vec3s)(i,j) /*CV_8SC3*/
Vec3w bgr3 = M.at(Vec3w)(i,j) /*CV_16UC3*/

/*遍历整个二维数组*/
double sum = 0.0f;
for(int row = 0; row < M.rows; row++)
{
const double * Mi = M.ptr<double>(row);
for (int col = 0; col < M.cols; col++)
sum += std::max(Mi[j], 0.);
}

/*STL iterator*/
double sum=0;
MatConstIterator<double> it = M.begin<double>(), it_end = M.end<double>();
for(; it != it_end; ++it)
sum += std::max(*it, 0.);

Mat可进行Matlab风格的矩阵操作，如初始化的时候可以用initializers,zeros(), ones(), eye(). 除以上内容之外，Mat还有有3个重要的方法：


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Mat mat = imread(const String* filename);           // 读取图像
imshow(const string frameName, InputArray mat);  //    显示图像
imwrite (const string& filename, InputArray img);    //储存图像

 

4. CvMat, Mat, IplImage之间的互相转换


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IpIImage -> CvMat
/*cvGetMat*/
CvMat matheader;
CvMat * mat = cvGetMat(img, &matheader);
/*cvConvert*/
CvMat * mat = cvCreateMat(img->height, img->width, CV_64FC3);
cvConvert(img, mat)

IplImage -> Mat
Mat::Mat(const IplImage* img, bool copyData=false);/*default copyData=false,与原来的IplImage共享数据,只是创建一个矩阵头*/
例子：
IplImage* iplImg = cvLoadImage("greatwave.jpg", 1);
Mat mtx(iplImg); /* IplImage * -> Mat,共享数据; or : Mat mtx = iplImg;*/

Mat -> IplImage
Mat M
IplImage iplimage = M; /*只创建图像头，不复制数据*/

CvMat -> Mat
Mat::Mat(const CvMat* m, bool copyData=false); /*类似IplImage -> Mat，可选择是否复制数据*/

Mat -> CvMat
例子(假设Mat类型的imgMat图像数据存在)：
CvMat cvMat = imgMat;/*Mat -> CvMat, 类似转换到IplImage，不复制数据只创建矩阵头

 

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一、Mat类型：矩阵类型，Matrix。

    在openCV中，Mat是一个多维的密集数据数组。可以用来处理向量和矩阵、图像、直方图等等常见的多维数据。

    Mat有3个重要的方法：

         1、Mat mat = imread(const String* filename);            读取图像

         2、imshow(const string frameName, InputArray mat);      显示图像

         3、imwrite (const string& filename, InputArray img);    储存图像

    Mat类型较CvMat与IplImage类型来说，有更强的矩阵运算能力，支持常见的矩阵运算。在计算密集型的应用当中，将CvMat与IplImage类型转化为Mat类型将大大减少计算时间花费。

A.Mat -> IplImage

同样只是创建图像头，而没有复制数据。

例： // 假设Mat类型的imgMat图像数据存在

IplImage pImg= IplImage(imgMat); 

B.Mat -> CvMat

与IplImage的转换类似，不复制数据，只创建矩阵头。

例： // 假设Mat类型的imgMat图像数据存在

     CvMat cvMat = imgMat;

 

二、CvMat类型与IplImage类型：“图像”类型

       在openCV中，Mat类型与CvMat和IplImage类型都可以代表和显示图像，但是，Mat类型侧重于计算，数学性较高，openCV对Mat类型的计算也进行了优化。而CvMat和IplImage类型更侧重于“图像”，openCV对其中的图像操作（缩放、单通道提取、图像阈值操作等）进行了优化。

补充：IplImage由CvMat派生，而CvMat由CvArr派生即CvArr -> CvMat -> IplImage

            CvArr用作函数的参数，无论传入的是CvMat或IplImage，内部都是按CvMat处理。

1.CvMat

A.CvMat-> IplImage

IplImage* img = cvCreateImage(cvGetSize(mat),8,1);

cvGetImage(matI,img);

cvSaveImage("rice1.bmp",img);

B.CvMat->Mat

与IplImage的转换类似，可以选择是否复制数据。

Mat::Mat(const CvMat* m, bool copyData=false);

在openCV中，没有向量（vector）的数据结构。任何时候，但我们要表示向量时，用矩阵数据表示即可。

但是，CvMat类型与我们在线性代数课程上学的向量概念相比，更抽象，比如CvMat的元素数据类型并不仅限于基础数据类型，比如，下面创建一个二维数据矩阵：

              CvMat* cvCreatMat(int rows ,int cols , int type);

这里的type可以是任意的预定义数据类型，比如RGB或者别的多通道数据。这样我们便可以在一个CvMat矩阵上表示丰富多彩的图像了。

 

2.IplImage

在类型关系上，我们可以说IplImage类型继承自CvMat类型，当然还包括其他的变量将之解析成图像数据。

IplImage类型较之CvMat多了很多参数，比如depth和nChannels。在普通的矩阵类型当中，通常深度和通道数被同时表示，如用32位表示RGB+Alpha.但是，在图像处理中，我们往往将深度与通道数分开处理，这样做是OpenCV对图像表示的一种优化方案。

IplImage的对图像的另一种优化是变量origin----原点。在计算机视觉处理上，一个重要的不便是对原点的定义不清楚，图像来源，编码格式，甚至操作系统都会对原地的选取产生影响。为了弥补这一点，openCV允许用户定义自己的原点设置。取值0表示原点位于图片左上角，1表示左下角。

dataOrder参数定义数据的格式。有IPL_DATA_ORDER_PIXEL和IPL_DATA_ORDER_PLANE两种取值，前者便是对于像素，不同的通道的数据交叉排列，后者表示所有通道按顺序平行排列。

IplImage类型的所有额外变量都是对“图像”的表示与计算能力的优化。

A.IplImage -> Mat

IplImage* pImg = cvLoadImage("lena.jpg");

Mat img(pImg,0); // 0是不複製影像，也就是pImg與img的data共用同個記憶體位置，header各自有
B.IplImage -> CvMat

法1：CvMat mathdr, *mat = cvGetMat( img, &mathdr );

法2：CvMat *mat = cvCreateMat( img->height, img->width, CV_64FC3 );

  cvConvert( img, mat );

C.IplImage*-> BYTE*

BYTE* data= img->imageData;

 

CvMat和IplImage创建时的一个小区别：

1、建立矩阵时，第一个参数为行数，第二个参数为列数。

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

2、建立图像时，CvSize第一个参数为宽度，即列数；第二个参数为高度，即行数。这 个和CvMat矩阵正好相反。

IplImage* cvCreateImage(CvSize size, int depth, int channels );

CvSize cvSize( int width, int height );

 

IplImage内部buffer每行是按4字节对齐的，CvMat没有这个限制

 

补充：

A.BYTE*-> IplImage*

img= cvCreateImageHeader(cvSize(width,height),depth,channels);

cvSetData(img,data,step);

//首先由cvCreateImageHeader()创建IplImage图像头，制定图像的尺寸，深度和通道数；

//然后由cvSetData()根据BYTE*图像数据指针设置IplImage图像头的数据数据，

//其中step指定该IplImage图像每行占的字节数，对于1通道的IPL_DEPTH_8U图像，step可以等于width。

原文地址：http://www.cnblogs.com/summerRQ/articles/2406109.html