OpenCV中矩阵数据的访问（一）(Learning OpenCV第三章2)

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我是靠谱客的博主有魅力小天鹅，最近开发中收集的这篇文章主要介绍OpenCV中矩阵数据的访问（一）(Learning OpenCV第三章2)，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

在OpenCV中有三种方式访问矩阵中的数据元素：容易的方式，困难的方式，以及正确的方式。以下先讲容易的方式和困难的方式。
容易的方式
最容易的方式是使用宏CV_MAT_ELEM( matrix, elemtype, row, col ),输入参数是矩阵的指针，矩阵元素类型，行，列，返回值是相应行，列的矩阵元素，例如：
CvMat* mat = cvCreateMat(5,5,CV_32FC1);
float element = CV_MAT_ELEM(*mat,float,3,2);
以下是一个例子：
#pragma comment( lib, "cxcore.lib" )
#include "cv.h"
#include <stdio.h>
void main()
{
CvMat* mat = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
cvZero(mat);//将矩阵置0
//为矩阵元素赋值
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 0, 0 ) = 1.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 0, 1 ) = 2.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 0, 2 ) = 3.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 1, 0 ) = 4.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 1, 1 ) = 5.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 1, 2 ) = 6.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 2, 0 ) = 7.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 2, 1 ) = 8.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 2, 2 ) = 9.f;
//获得矩阵元素的值
float element = CV_MAT_ELEM(*mat,float,2,2);
printf("%f/n",element);
}

CV_MAT_ELEM宏实际上会调用CV_MAT_ELEM_PTR(matrix,row,col)宏来完成任务。CV_MAT_ELEM_PTR()宏的参数是矩阵的指针，行，列。
CV_MAT_ELEM()宏和CV_MAT_ELEM_PTR()宏的区别是，在调用CV_MAT_ELEM时，指向矩阵元素的指针的数据类型已经依据输入参数中的元素类型而
做了强制转换。，以下是使用CV_MAT_ELEM_PTR()来设置元素的值：

#pragma comment( lib, "cxcore.lib" )
#include "cv.h"
#include <stdio.h>
void main()
{
CvMat* mat = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
cvZero(mat);//将矩阵置0
float element_0_2 = 7.7f;
*((float*)CV_MAT_ELEM_PTR( *mat, 0, 2 ) ) = element_0_2;

//获得矩阵元素的值
float element = CV_MAT_ELEM(*mat,float,0,2);
printf("%f/n",element);
}

以上使用矩阵中元素的方式很方便，但不幸的是，该宏在每次调用时，都会重新计算指针的位置。这意味着，先查找矩阵数据区中第0个元素的位置，然后，根据参数中的行和列，计算所需要的元素的地址偏移量，然后将地址偏移量与第0个元素的地址相加，获得所需要的元素的地址。
所以，以上的方式虽然很容易使用，但是却不是获得矩阵元素的最好方式。特别是当你要顺序遍历整个矩阵中所有元素时，这种每次对地址的重复计算就更加显得不合理。

困难的方式

以上两个宏只适合获得一维或二维的矩阵（数组）元素，OpenCV提供了处理多维矩阵(数组)的方式。实际上你可以不受限制地使用N维。
当访问这样一种N维矩阵中元素时，你需要使用一个系列的函数，叫做cvPtr*D,*代表1,2,3,4....,例如，cvPtr1D(),cvPtr2D(),cvPtr3D(),以及cvPtrND().以下为此系列函数的定义：

cvPtr*D函数用于返回指向某数组元素的指针

uchar* cvPtr1D( const CvArr* arr, int idx0, int* type=NULL );
uchar* cvPtr2D( const CvArr* arr, int idx0, int idx1, int* type=NULL );
uchar* cvPtr3D( const CvArr* arr, int idx0, int idx1, int idx2, int* type=NULL );
uchar* cvPtrND( const CvArr* arr, int* idx, int* type=NULL, int create_node=1, unsigned* precalc_hashval=NULL );

arr
输入数组(矩阵).
idx0
元素下标的第一个以0为基准的成员
idx1
元素下标的第二个以0为基准的成员
idx2
元素下标的第三个以0为基准的成员
idx
数组元素下标
type
可选的，表示输出参数的数据类型
create_node
可选的，为稀疏矩阵输入的参数。如果这个参数非零就意味着被需要的元素如果不存在就会被创建。
precalc_hashval
可选的，为稀疏矩阵设置的输入参数。如果这个指针非NULL，函数不会重新计算节点的HASH值，而是从指定位置获取。这种方法有利于提高智能组合数据的操作
函数cvPtr*D 返回指向特殊数组元素的指针。数组维数应该与传递给函数的下标数相匹配，它可以被用于顺序存取的1D，2D或nD密集数组
函数也可以用于稀疏数组，并且如果被需要的节点不存在函数可以创建这个节点并设置为0
就像其它获取数组元素的函数 (cvGet[Real]*D, cvSet[Real]*D)如果元素的下标超出了范围就会产生错误

很明显，如果是一维数组(矩阵)，那就可以使用cvPtr1D，用参数idx0来指向要获得的第idx0个元素，返回值为指向该元素的指针，如果是二维数组(矩阵)，就可以使用cvPtr2D,用idx0，idx1来指向相应的元素。
如果是N维数组，则int* idx参数指向对N维数组中某元素定位用的下标序列。
#pragma comment( lib, "cxcore.lib" )
#include "cv.h"
#include <stdio.h>
void main()
{
CvMat* mat = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
cvZero(mat);//将矩阵置0
//为矩阵元素赋值
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 0, 0 ) = 1.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 0, 1 ) = 2.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 0, 2 ) = 3.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 1, 0 ) = 4.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 1, 1 ) = 5.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 1, 2 ) = 6.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 2, 0 ) = 7.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 2, 1 ) = 8.f;
CV_MAT_ELEM( *mat, float, 2, 2 ) = 9.f;
//获得矩阵元素(0,2)的值
float *p = (float*)cvPtr2D(mat, 0, 2);
printf("%f/n",*p);
}

我们使用cvPtr*D()函数的一个理由是，通过此函数，我们可以用指针指向矩阵中的某元素，并使用指针运算符，来设置该元素的值，或者，用指针运算来移动指针，指向从起始位置开始的矩阵中的其他元素。例如，我们可以用以下方式遍历矩阵中的元素：
#pragma comment( lib, "cxcore.lib" )
#include "cv.h"
#include <stdio.h>
void main()
{
CvMat* mat = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
cvZero(mat);//将矩阵置0

//获得矩阵元素(0,0)的指针
float *p = (float*)cvPtr2D(mat, 0, 0);
//为矩阵赋值
for(int i = 0; i < 9; i++)
{
*p = (float)i;
p++;
}

//打印矩阵的值
p = (float*)cvPtr2D(mat, 0, 0);

for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("%f/t",*p);
p++;
if((i+1) % 3 == 0)
printf("/n");
}

}

但是要注意，以上为矩阵中元素的通道数为1时，可以用p++来访问下一个矩阵中元素，但是如果通道数不为1，例如一个三通道的二维矩阵，矩阵中每个元素的值为RGB值，则矩阵中数据按以下方式存储：rgbrgbrgb......,因此，使用指针指向下一个元素时，就需要加上相应的通道数。

举例如下：
#pragma comment( lib, "cxcore.lib" )
#include "cv.h"
#include <stdio.h>
void main()
{
//矩阵元素为三通道浮点数
CvMat* mat = cvCreateMat(3,3,CV_32FC3);
cvZero(mat);//将矩阵置0
//为矩阵元素赋值

//获得矩阵元素(0,0)的指针
float *p = (float*)cvPtr2D(mat, 0, 0);
//为矩阵赋值
for(int i = 0; i < 9; i++)
{
//为每个通道赋值
*p = (float)i*10;
p++;
*p = (float)i*10+1;
p++;
*p = (float)i*10+2;
p++;
}

//打印矩阵的值
p = (float*)cvPtr2D(mat, 0, 0);

for(i = 0; i < 9; i++)
{
printf("%2.1f,%2.1f,%2.1f/t",*p,*(p+1),*(p+2));
p+=3;
if((i+1) % 3 == 0)
printf("/n");
}
}

如果你不想使用指向数据的指针，而只是想获得矩阵中的数据，你还可以使用cvGet*D函数系列。如下所示，该函数系列以返回值类型划分有两种，一种返回double类型数据，另一种返回CvScalar类型数据。

Get*D返回特殊的数组元素

CvScalar cvGet1D( const CvArr* arr, int idx0 );
CvScalar cvGet2D( const CvArr* arr, int idx0, int idx1 );
CvScalar cvGet3D( const CvArr* arr, int idx0, int idx1, int idx2 );
CvScalar cvGetND( const CvArr* arr, int* idx );

arr输入数组.
idx0元素下标第一个以0为基准的成员
idx1元素下标第二个以0为基准的成员
idx2元素下标第三个以0为基准的成员
idx元素下标数组

函数cvGet*D 返回指定的数组元素。对于稀疏数组如果需要的节点不存在函数返回0 （不会创建新的节点）

GetReal*D返回单通道数组的指定元素
double cvGetReal1D( const CvArr* arr, int idx0 );
double cvGetReal2D( const CvArr* arr, int idx0, int idx1 );
double cvGetReal3D( const CvArr* arr, int idx0, int idx1, int idx2 );
double cvGetRealND( const CvArr* arr, int* idx );

arr输入数组，必须是单通道.
idx0元素下标的第一个成员，以0为基准
idx1元素下标的第二个成员，以0为基准
idx2元素下标的第三个成员，以0为基准
idx
元素下标数组

函数cvGetReal*D 返回单通道数组的指定元素，如果数组是多通道的，就会产生运行时错误，而 cvGet*D 函数可以安全的被用于单通道和多通道数组，注意，该方法返回值类型是double类型的,这意味着，矩阵中如果保存的是int类型数据，不能用此系列方法。

#pragma comment(lib,"cxcore.lib")
#include"cv.h"
#include<stdio.h>
void main()
{
//矩阵元素为1通道浮点型数据
CvMat*mat=cvCreateMat(3,3,CV_32FC1 );
cvZero(mat);//将矩阵置0
//为矩阵元素赋值

//获得矩阵元素(0,0)的指针
float *p=(float*)cvPtr2D(mat,0,0);
//为矩阵赋值
for(int i=0;i<9;i++)
{
//为每个通道赋值
*p=(float)i*10;
p++;
}

for(i=0;i<3;i++)
for(int j=0;j<3;j++)
{
printf("%lf/t",cvGetReal2D(mat,i,j));

}

}

另外，我们还有类似于cvGet*D()的方法为矩阵元素赋值:cvSetReal*D()和cvSet*D()。

Set*D

修改指定的数组

void cvSet1D( CvArr* arr, int idx0, CvScalar value );
void cvSet2D( CvArr* arr, int idx0, int idx1, CvScalar value );
void cvSet3D( CvArr* arr, int idx0, int idx1, int idx2, CvScalar value );
void cvSetND( CvArr* arr, int* idx, CvScalar value );

arr
输入数组
idx0
元素下标的第一个成员，以0为基点
idx1
元素下标的第二个成员，以0为基点
idx2
元素下标的第三个成员，以0为基点
idx
元素下标数组
value
指派的值

函数 cvSet*D 指定新的值给指定的数组元素。对于稀疏矩阵如果指定节点不存在函数创建新的节点

SetReal*D

修改指定数组元素值

void cvSetReal1D( CvArr* arr, int idx0, double value );
void cvSetReal2D( CvArr* arr, int idx0, int idx1, double value );
void cvSetReal3D( CvArr* arr, int idx0, int idx1, int idx2, double value );
void cvSetRealND( CvArr* arr, int* idx, double value );

arr
输入数组.
idx0
元素下标的第一个成员，以0为基点
idx1
元素下标的第二个成员，以0为基点
idx2
元素下标的第三个成员，以0为基点
idx
元素下标数组
value
指派的值

函数 cvSetReal*D 分配新的值给单通道数组的指定元素，如果数组是多通道就会产生运行时错误。然而cvSet*D 可以安全的被用于多通道和单通道数组。
对于稀疏数组如果指定的节点不存在函数会创建该节点。

以下是一个例子：

#pragma comment(lib,"cxcore.lib")
#include"cv.h"
#include<stdio.h>
void main()
{
//矩阵元素为三通道8位浮点数
CvMat *mat=cvCreateMat(3,3,CV_32FC3 );
cvZero(mat);//将矩阵置0
//为矩阵元素赋值

for(int i = 0; i < 3; i++)
for(int j = 0; j < 3; j++)
cvSet2D( mat, i, j, cvScalar(i*10,j*10,i*j*10) );

for(i=0;i<3;i++)
for(int j=0;j<3;j++)
{
printf("%lf,%lf,%lf/t",cvGet2D( mat, i, j ).val[0],cvGet2D( mat, i, j ).val[1],cvGet2D( mat, i, j ).val[2]);

}

}

为了方便起见，OpenCV还定义了两个函数：cvmSet()和cvmGet(),这两个函数用于单通道浮点型元素矩阵的存取。
例如，cvmSet(mat,2,2,0.5);就类似于cvSetReal2D(mat,2,2,0.5);

返回单通道浮点矩阵指定元素
double cvmGet( const CvMat* mat, int row, int col );
为单通道浮点矩阵的指定元素赋值。
void cvmSet( CvMat* mat, int row, int col, double value );