OpenCV——图像基本操作（一）

一、图像读写与显示

1.1、图像的读取

Mat Imgcodecs.imread(String filename, int flags)

• filename：指定的文件名
• flags：读取方式，如果此参数省略，则按默认方式读取图像。

读取方式取值表

参数	数字值	用法
Imgcodecs.IMREAD_UNCHANGED	-1	按图像原样读取，保留Aplha通道
Imgcodecs.IMREAD_GRAYSCALE	0	读取图像并转换成单通道灰度图像
Imgcodecs.IMREAD_COLOR	1	读取图像并转换成三通道图像
Imgcodecs.IMREAD_ANYDEPTH	2	读取图像，如图像为16位/32位则保留，否则转为8位图像
Imgcodecs.IMREAD_ANYCOLOR	4	以任何可能的颜色格式读取图像
Imgcodecs.IMREAD_LOAD_GDAL	8	使用gdal驱动加载图像
Imgcodecs.IMREAD_REDUCED_GRAYSCALE_2	16	读取图像并转换成单通道灰度图像，图像尺寸变为原来的1/2
Imgcodecs.IMREAD_REDUCED_COLOR_2	17	读取图像并转换为三通道图像，图像尺寸变为原来的1/2
Imgcodecs.IMREAD_REDUCED_GRAYSCALE_4	32	读取图像并转换成单通道灰度图像，图像存储变为原来的1/4
Imgcodecs.IMREAD_REDUCED_COLOR_4	33	读取图像并转换为三通道图像，图像尺寸变为原来的1/4
Imgcodecs.IMREAD_REDUCED_GRAYSCALE_8	64	读取图像并转换为单通道灰度图像，图像变为原来的1/8
Imgcodecs.IMREAD_REDUCED_COLOR_8	65	读取图像并转换成三通道图像，图像尺寸变为原来的1/8
Imgcodecs.IMREAD_IGNORE_ORIENTATION	128	读取图像，不按EXIF方向标志旋转图像

读取图像文件时注意事项如下：

1. 如果因为某些原因（文件不存在、没有权限、文件格式不被支持或无效等）无法读取图像，则返回一个空矩阵
2. 由于Java中反斜杠\用作转义符，因为绝对路径中的分隔符不能用\，而要用\\或/
3. OpenCV支持TIFF、PNG、JPEG、BMP等常用文件格式，但不支持GIF文件格式
4. 该函数根据文件内容而不是文件扩展名来确定图像的类型
5. 如读取的文件是彩色图像，解码后的图像通道按B、G、R顺序存储
6. 如果flags为IMREAD_GRAYSCALE，则灰度转换的结果可能与cvtColor()函数的输出不同
7. 默认情况下，图像像素必须小于2^30。如有必要，可通过修改系统变量OPENCV_IO_MAX_IMAGE_PIXELS设置最大像素

1.2、图像的保存

boolean Imgcodecs.imwrite(String filename, Mat img)

• filename：指定的文件名
• img：要保存的图像

保存图像时的格式依据filename的扩展名确定，此函数通常仅支持单通道或三通道（按照B、G、R顺序）图像的保存，但有一下例外：

1. 16位无符号整数类型（CV_16U）的图像可以保存为PNG、JPEG2000或TIFF格式
2. 32位浮点数类型（CV_32F）的图像可保存为TIFF、OpenEXR及HDR格式
3. 有Alpha通道的PNG图像也可以用此函数保存。保存时需要先创建8位/16位四通道图像BGRA，其中Alpha通道排在最后：完全透明像素的Alpha值设为0，完全不透明的像素值设为255或65535
4. 要在一个文件中保存多个图像，可采用TIFF文件格式
5. 如果乳香格式不被支持，则图像将被转换为8位无符号整数类型（CV_8U）存储

1.3、图像的显示

void HighGui.imshow(String winname, Mat img)

• winname：显示图像的窗口名称
• img：要显示的图像

在调用imshow()函数后，需要通过waitKey()函数告知系统图像在屏幕上停留的时间，如果不用这个函数，则屏幕上不会显示图像。

int HighGui.waitKey(int delay)

• delay：需要等待的时间，单位为毫秒ms。如将delay设为0，表示等待用户按键结束此函数
• 返回值：如果某按键被按下，则返回键值对应的ASCII码，否则返回-1

此函数只存在HighGUI窗口时才有效。如果同时存在多个窗口，则其中任意一个均可被激活。

1.4、示例

public class ReadFile {static {OpenCV.loadLocally(); // 自动下载并加载本地库}public static void main(String[] args) {//读取图像文件Mat fish = Imgcodecs.imread("/Users/acton_zhang/J2EE/MavenWorkSpace/opencv_demo/src/main/java/demo1/fish.png");//读取图像文件并转换为灰度图Mat grey = Imgcodecs.imread("/Users/acton_zhang/J2EE/MavenWorkSpace/opencv_demo/src/main/java/demo1/fish.png", Imgcodecs.IMREAD_GRAYSCALE);//将灰度图保存为图像文件Imgcodecs.imwrite("/Users/acton_zhang/J2EE/MavenWorkSpace/opencv_demo/src/main/java/demo1/fish_grey.png", grey);//在屏幕上显示彩色图像和灰度图HighGui.imshow("color", fish);HighGui.waitKey(0);//任意键退出HighGui.imshow("grey", grey);HighGui.waitKey(0);//任意键退出System.exit(0);}
}

二、绘制函数

2.1、绘制直线

void Imgproc.line(Mat img, Point pt1, Point pt2, Scalar color, int thickness)

• img：用于绘图的图像
• pt1：线段的端点1
• pt2：线段的端点2
• color：线段的颜色
• thickness：线的粗细

2.2、绘制矩形

void Imgproc.rectangle(Mat img, Point pt1, Point pt2, Scalar color, int thickness)

• img：用于绘图的图像
• pt1：矩形两个对角点之一
• pt2：pt1的对角点
• color：矩形的颜色
• thickness：轮廓线的粗细。负值表示画一个实心矩形

2.3、绘制圆形

void Imgproc.circle(Mat img, Point center, int radius, Scalar color, int thickness)

• img：用于绘图的图像
• center：圆的圆心
• radius：圆的半径
• color：圆的颜色
• thickness：轮廓线的粗细。负值表示画一个实心圆

示例：

public class Draw {static {OpenCV.loadLocally(); // 自动下载并加载本地库}public static void main(String[] args) {//用于画图的背景图，尺寸为800*800Mat img = Mat.zeros(800, 800, CvType.CV_8UC3);Scalar white = new Scalar(255, 255, 255);//格子大小int size = 40;//画围棋棋盘格子for (int i = 0; i < 19; i++) {Imgproc.line(img, new Point(40, 40 + size * i), new Point(760, 40 + size * i), white, 1);Imgproc.line(img, new Point(40 + size * i, 40), new Point( 40 + size * i, 760), white, 1);}//画棋盘的外框Imgproc.rectangle(img, new Point(30, 30), new Point(770, 770), white, 2);//画星位for (int i = 3; i < 19; i = i + 6) {for (int j = 3; j < 19; j = j + 6) {Imgproc.circle(img, new Point(40 + size * i, 40 + size * j), 4, white, 1);}}//在屏幕显示棋盘HighGui.imshow("img", img);HighGui.waitKey(0);System.exit(0);}
}

2.4、绘制椭圆

在图像上绘制一个椭圆或椭圆的一部分。如希望绘制一个完整的椭圆，则需将startAngle设为0，将endAngle设为360.

void Imgproc.ellipse(Mat img, Point center, Size axes, double angle, double startAngle, double endAngle, Scalar color, int thickness)

• img：用于绘图的图像
• center：椭圆的中心
• axes：椭圆主轴尺寸的一般
• angle：椭圆旋转的角度，单位为读
• startAngle：椭圆圆弧起始角度，单位为度
• endAngle：椭圆圆弧终止角度，单位为度
• color：椭圆的颜色
• thickness：轮廓线的粗细。证书表示椭圆的轮廓，否则画一个实心椭圆

2.5、绘制多边形

void Imgproc.polylines(Mat img, List<MatOfPoint> pts, boolean isClosed, Scalar color, int thickness)

• img：用户绘图的图像
• pts：多边形的多个顶点
• isClosed：多边形是否闭合
• color：多边形的颜色
• thickness：线的粗细

2.6、绘制文字

void Imgproc.putText(Mat img, String text, Point org, int fontFace, double fontScale, Scalar color)

• img：用于绘图的图像
• text：需要画出的问题，只支持英文
• org：文字左下角位置
• fontFace：字体类型，可选参数如下
  • Core.FONT_HERSHEY_SIMPLEX：正常尺寸的无衬线字体
  • Core.FONT_HERSHEY_PLAIN：小尺寸的无衬线字体
  • Core.FONT_HERSHEY_DUPLEX：正常尺寸的较复杂的无衬线字体
  • Core.FONT_HERSHEY_COMPLEX：正常尺寸的衬线字体
  • Core.FONT_HERSHEY_TRIPLEX：正常尺寸的较复杂的衬线字体
  • Core.FONT_HERSHEY_COMPLEX_SMALL：较小版的衬线字体
  • Core.FONT_HERSHEY_SCRIPT_SIMPLEX：手写字体
  • Core.FONT_HERSHEY_SCRIPT_COMPLEX：更复杂的手写字体
  • Core.FONT_ITALIC：斜体字体
• fontScale：文字大小
• color：文字颜色

注意：putText()函数的fontFace参数在3.4.16版本中属于Core模块。但在4.6.0版本中被调整到了Imgproc模块中，因此在4.6.0版本中应使用Imgproc.FONT_HERSHEY_SIMPLEX这种形式。

public class Draw2 {static {OpenCV.loadLocally(); // 自动下载并加载本地库}public static void main(String[] args) {//用于绘制图形的背景图Mat fish = Imgcodecs.imread("/Users/acton_zhang/J2EE/MavenWorkSpace/opencv_demo/src/main/java/demo1/fish.png");Scalar black = new Scalar(0, 0, 0);Scalar white = new Scalar(255, 255, 255);//多边形的点集Point[] pt1 = new Point[5];pt1[0] = new Point(440, 540);pt1[1] = new Point(570, 470);pt1[2] = new Point(810, 420);pt1[3] = new Point(640, 540);pt1[4] = new Point(450, 580);//绘制鱼的轮廓MatOfPoint p = new MatOfPoint(pt1);List<MatOfPoint> pts = new ArrayList<>();pts.add(p);Imgproc.polylines(fish, pts, true, white, 2);//绘制叶子轮廓Imgproc.ellipse(fish, new Point(525, 130), new Size(110, 130), 95, 0.0, 360.0, white, 2);//在图像上绘制文字Imgproc.putText(fish, "Fish!", new Point(560, 520), Imgproc.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, black, 2);//在屏幕上显示HighGui.imshow("fish", fish);HighGui.waitKey(0);System.exit(0);}
}

2.7、绘制箭头

void Imgproc.arrowedLine(Mat img, Point pt1, Point pt2, Scalar color, int thickness, int line_type, int shift, double tipLength)

• img：用于绘图的图像
• pt1：箭头起点
• pt2：箭头终点
• color：箭头的颜色
• thickness：线的厚度
• line_type：线型，可选参数如下：
  • Core.FILLED：填充线
  • Core.LINE_4：4联通线
  • Core.LINE_8：8联通线
  • Core.LINE_AA：抗锯齿线
• shift：坐标系中的小数位数
• tipLength：箭头尖端长度（相对于线段长度的比例）

2.8、绘制外框

void Core.copyMakeBorder(Mat src, Mat dst, int top, int bottom, int left, int right, int borderType)

• src：输入图像
• dst：输出图像，和src具有相同的尺寸和数据类型
• top：顶部边框的像素数
• bottom：底部边框的像素数
• left：左侧边框的像素数
• right：右侧边框的像素数
• borderType：边框类型，可选参数如下：
  • Core.BORDER_CONSTANT：用特定值填充，如iiiiii|abcdefgh|iiiiii中用i填充
  • Core.BORDER_REPLICATE：两端复制填充，如aaaaaa|abcdefgh|hhhhhhh
  • Core.BORDER_REFLECT：倒序填充，如fedcba|abcdefgh|hgfedcb
  • Core.BORDER_WRAP：正序填充，如cdefgh|abcdefgh|abcdefg
  • Core.BORDER_REFLECT_101：不含边界值的倒序填充，如gredcb|abcdefgh|gtedcba
  • Core.BORDER_REFLECT101：同Core.BORDER_REFLECT_101
  • Core.BORDER_DEFAULT：同Core.BORDER_REFLECT_101

public class Draw3 {static {OpenCV.loadLocally(); // 自动下载并加载本地库}public static void main(String[] args) {//用于绘制图形的背景图Mat src = Imgcodecs.imread("/Users/acton_zhang/J2EE/MavenWorkSpace/opencv_demo/src/main/java/demo1/fish.png");//绘制边界框Mat dst = new Mat();Core.copyMakeBorder(src, dst, 9, 9, 9, 9, Core.BORDER_CONSTANT);//绘制箭头Point pt1 = new Point(760, 450);Point pt2 = new Point(465, 570);Scalar red = new Scalar(0, 0, 255);Imgproc.arrowedLine(dst, pt1, pt2, red, 3, Imgproc.LINE_AA, 0, 0.1);//在屏幕上显示绘制好的图像HighGui.imshow("dst", dst);HighGui.waitKey(0);System.exit(0);}
}

三、颜色空间操作

3.1、颜色空间的转换

void Imgproc.cvtColor(Mat src, Mat dst, int code);
//将输入图像从一种颜色空间转换为另一种颜色空间。如果是在RGB颜色空间与其他颜色空间之间进行转换，则应明确指定通道的顺序（RGB或BGR）。由于OpenCV中默认颜色格式实际上是BGR。标准24位彩色图像中的第1~第3字节将是第1像素的8位蓝色、绿色、红色分量，第4~第6字节将是第2像素的蓝色、绿色、红色分量，以此类推。

• src：输入图像
• dst：输出图像，与src具有相同的尺寸和深度
• code：颜色空间转换编码。常见的转换编码如下：
  • Imgproc.COLOR_BGR2GRAY：从BGR转换为灰度图
  • Imgproc.COLOR_GRAY2BGR：从灰度图转换为BGR
  • Imgproc.COLOR_BGR2BGRA：从BGR转换为BGRA
  • Imgproc.COLOR_BGRA2BGR：从BGRA转换为BGR
  • Imgproc.COLOR_BGR2RGB：从BGR转换为RGB
  • Imgproc.COLOR_RGB2BGR：从RGB转换为BGR
  • Imgproc.COLOR_BGR2HSV：从BGR转换为HSV
  • Imgproc.COLOR_RGB2HSV：从RGB转换为HSV
  • Imgproc.COLOR_HSV2BGR：从HSV转换为BGR
  • Imgproc.COLOR_HSV2RGB：从HSV换货为RGB

R、G和B像素值的范围如下：
CV_8U：0~255
CV_16U：0~65535
CV_32F：0~1

public class ConvertColor {static {OpenCV.loadLocally(); // 自动下载并加载本地库}public static void main(String[] args) {//读取图像文件并在屏幕上显示Mat src = Imgcodecs.imread("/Users/acton_zhang/J2EE/MavenWorkSpace/opencv_demo/src/main/java/demo1/fish.png");HighGui.imshow("color", src);HighGui.waitKey(0);//将彩色图像转换为灰度图并在屏幕上显示Mat gray = new Mat();Imgproc.cvtColor(src, gray, Imgproc.COLOR_BGR2GRAY);HighGui.imshow("gray", gray);HighGui.waitKey(0);//将彩色图像转换为HSV颜色模型并在屏幕上显示Mat hsv = new Mat();Imgproc.cvtColor(src, hsv, Imgproc.COLOR_BGR2HSV);HighGui.imshow("hsv", hsv);HighGui.waitKey(0);//将彩色图像转换为HSV颜色模型并在屏幕上显示Mat yuv = new Mat();Imgproc.cvtColor(src, yuv, Imgproc.COLOR_BGR2YUV);HighGui.imshow("yuv", yuv);HighGui.waitKey(0);System.exit(0);}
}

灰度图：

HSV颜色模型：

YUV颜色模型：

3.2、根据色调分割HSV图像

由于HSV颜色空间更接近人类视觉的直观感觉，因此可以在转换成HSV颜色空间后根据色彩对图像进行分割。如下图所示，图中是一副色盲测试图，如果转换成灰度图后只能看到一些灰色的圆点，则无法将中央绿色的9分离出来，因此需要将图像转换为HSV颜色模型，然后根据色调值进行分离。

分析图像可知，该图像前景主要有两种色系：绿色系和棕色系。已知OpenCV中CV_8U类型图像中绿色的色调值为60，棕色(RGB[128,64,0])为15，可以据此对图像进行分割。为了不超过8位无符号数的最大值255，OpenCV中se色调值范围为0~180。

public class DetectColor {static {OpenCV.loadLocally(); // 自动下载并加载本地库}public static void main(String[] args) {//读取图像文件并在屏幕上显示Mat src = Imgcodecs.imread("/Users/acton_zhang/J2EE/MavenWorkSpace/opencv_demo/src/main/java/demo1/blind.png");HighGui.imshow("color", src);HighGui.waitKey(0);//将彩色图像转换为灰度图并在屏幕上显示Mat gray = new Mat();Imgproc.cvtColor(src, gray, Imgproc.COLOR_BGR2GRAY);HighGui.imshow("gray", gray);HighGui.waitKey(0);//将彩色图像转换为HSV颜色模型Mat hsv = new Mat();Imgproc.cvtColor(src, hsv, Imgproc.COLOR_BGR2HSV);//克隆src，用于输出分割后的图像Mat dst = src.clone();//搜索政府图像，并根据色调值分割图像for (int i = 0; i < hsv.rows(); i++) {for (int j = 0; j < hsv.cols(); j++) {//获取HSV颜色模型中的色调值（H值）byte[] data = new byte[3];hsv.get(i, j, data);//根据色调值判断，如为绿色系（45~60）则用黑色画出，否则用白色if ((data[0] > 45) & (data[0] < 80)) {data[0] = 0;data[1] = 0;data[2] = 0;} else {//byte类型的-1将被映射为CV_8U类型的255data[0] = -1;data[1] = -1;data[2] = -1;}//修改dst中RGB的值dst.put(i, j, data);}}//在屏幕上显示分割后的图像HighGui.imshow("Divided", dst);HighGui.waitKey(0);System.exit(0);}
}

原图：

灰度图：

分割后的：

3.3、图像通道的拆分与合并

根据不同的应用场景，有时需要将彩色图像的3种颜色通道拆开后分别进行操作，另一些时候则需要把独立通道的图片合而为一，此时就会用到OpenCV中的split()和merge()函数。

void Core.split(Mat m, List<Mat> mv)

• m：输入图像（多通道）
• mv：分离后的多个单通道图像

void Core.merge(List<Mat> mv, Mat dst)

• mv：需要合并通道的图像组，数据类型为Mat类的列表
• m：合并通道后的通道图像

public class SplitMerge {static {OpenCV.loadLocally(); // 自动下载并加载本地库}public static void main(String[] args) {//读取图像文件并在屏幕上显示Mat src = Imgcodecs.imread("/Users/acton_zhang/J2EE/MavenWorkSpace/opencv_demo/src/main/java/demo1/blind.png");HighGui.imshow("src", src);HighGui.waitKey(0);//拆分图像通道List<Mat> dst = new ArrayList<>();Core.split(src, dst);//显示拆分后的各个图像for (Mat m : dst) {HighGui.imshow("split", m);HighGui.waitKey(0);}//合并图像通道Mat src2 = new Mat();Core.merge(dst, src2);//在屏幕上显示拆分后再合并的图像HighGui.imshow("Split and Merge", src2);HighGui.waitKey(0);System.exit(0);}
}

拆分后均为灰度图：
拆分后的B：

拆分后的G：

拆分后的R：

如果想要将灰度图显示为蓝、绿、宏的图像，需要另行处理，结果如下：