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【计算机视觉】图像基本操作

news 来源：原创 2025/7/7 12:36:55

1. 数字图像表示

  • 一幅尺寸为M·N的图像可以用矩阵表示，每个矩阵元素代表一个像素，元素的值代表这个位置图像的亮度；其中，彩色图像使用3维矩阵M·N·3表示；对于图像显示来说，一般使用无符号8位整数来表示图像亮度，取值范围[0,255]

  • 在这里插入图片描述

    图像数据按照自左向右、自上向下的顺序存储在计算机内存中，坐标体系中的零点坐标为图片的左上角，X轴为图像矩形的上面那条水平线；Y轴为图像矩形左边的那条垂直线。

    在OpenCV中，RGB彩色图像的通道顺序为BGR。

2. 图像文件的读写与显示

2.1 图像文件的读取

cv2.imread() 是 OpenCV 中用于从文件中读取图像的函数。它支持多种图像格式（如 JPEG、PNG、BMP 等），并将图像读取为 NumPy 数组。

cv2.imread(filename, flags=cv2.IMREAD_COLOR)
参数说明

  1. filename (str):

    • 图像文件的路径，可以是相对路径或绝对路径。
    • 如果路径无效或者文件不存在，cv2.imread() 会返回 None。

  2. flags (int, 可选):

    • 控制图像的读取方式，默认值为 cv2.IMREAD_COLOR。

    常见取值包括：

    • cv2.IMREAD_COLOR (1): 以彩色模式加载图像，忽略图像的透明通道。如果图像是灰度图，会将其转换为 BGR（3 通道）。
    • cv2.IMREAD_GRAYSCALE (0): 以灰度模式加载图像，返回单通道（8 位深度）。
    • cv2.IMREAD_UNCHANGED (-1): 读取图像的原始数据，包括透明通道（若存在）。
    • cv2.IMREAD_ANYCOLOR: 读取为彩色图像，但会自动适配图像格式。
    • cv2.IMREAD_ANYDEPTH: 以原始位深（16 位或 32 位浮点）加载图像，而不是默认的 8 位。
返回值
  • 成功时，返回一个 NumPy 数组，表示图像的像素数据。
    • 彩色图像的形状为 (height, width, 3)（BGR 格式）。
    • 灰度图像的形状为 (height, width)。
  • 失败时，返回 None，通常是因为文件不存在或路径不正确。

2.2 图像文件的显示

cv2.imshow() 是 OpenCV 中用于显示图像的函数，它会在一个窗口中显示加载或处理后的图像。

cv2.imshow(winname, mat)
参数说明

  1. winname (str):

    • 窗口的名称，可以是任意字符串。
    • 如果指定的窗口名称不存在，会自动创建一个窗口并显示图像。
    • 多次调用时，若窗口名称相同，则会在同一个窗口内更新显示内容。

  2. mat (ndarray):

    • 要显示的图像数据，通常是由 cv2.imread() 或其他 OpenCV 图像处理函数生成的 NumPy 数组。
    • 支持以下几种格式：
      • 彩色图像：形状为 (height, width, 3)，默认 BGR 格式。
      • 灰度图像：形状为 (height, width)。
      • 深度或透明通道图像在某些情况下可能需要预处理以适配。
特性
  • 图像显示的窗口会保持阻塞，直到用户按键关闭窗口（通常需要配合 cv2.waitKey() 使用）。
  • 窗口默认大小与图像大小一致，但可以通过 cv2.resizeWindow() 调整大小。
其他相关函数

  1. cv2.waitKey(delay)：

    • 用于捕获键盘事件。
    • 参数 delay 是等待的时间，单位为毫秒。
      • 如果为 0，程序会无限等待键盘输入。
      • 如果为正整数，则会等待指定时间。
    • 返回值是按键的 ASCII 码（例如 27 对应 ESC 键）。

    示例：

    key = cv2.waitKey(0)
if key == 27:  # 按 ESC 键关闭cv2.destroyAllWindows()

  2. cv2.destroyWindow(winname) 和 cv2.destroyAllWindows()：

    • cv2.destroyWindow(winname)：关闭特定名称的窗口。
    • cv2.destroyAllWindows()：关闭所有 OpenCV 创建的窗口。

  3. cv2.namedWindow(winname, flags)：

    • 用于创建窗口并设置属性。
    • 示例：
      cv2.namedWindow('Resizable Window', cv2.WINDOW_NORMAL)
cv2.imshow('Resizable Window', image)
cv2.waitKey(0)

  4. cv2.resizeWindow(winname, width, height)：

    • 调整窗口大小（需配合 cv2.WINDOW_NORMAL 使用）。
    • 示例：
      cv2.namedWindow('Resizable Window', cv2.WINDOW_NORMAL)
cv2.resizeWindow('Resizable Window', 800, 600)
cv2.imshow('Resizable Window', image)
cv2.waitKey(0)

2.3 图像文件的写入

cv2.imwrite() 是 OpenCV 中用于将图像保存到文件的函数，可以将处理后的图像数据以指定格式保存到磁盘。

cv2.imwrite(filename, img, params=None)
参数说明

  1. filename (str):

    • 保存图像的完整路径，包括文件名和扩展名。
    • 扩展名决定保存图像的格式（例如 .jpg, .png, .bmp, .tiff 等）。
    • 示例：'output.jpg' 或 '/path/to/output.png'。

  2. img (ndarray):

    • 要保存的图像数据，通常是一个 NumPy 数组。
    • 格式可以是：
      • 彩色图像：形状为 (height, width, 3)，数据类型为 uint8。
      • 灰度图像：形状为 (height, width)，数据类型为 uint8。

  3. params (list, 可选):

    • 图像格式的参数，取决于文件格式。例如，可以指定 JPEG 的压缩质量或 PNG 的压缩级别。
    • 常见参数：
      • 对于 JPEG (.jpg):
        • [cv2.IMWRITE_JPEG_QUALITY, quality]：quality 是压缩质量（0-100），默认值为 95，值越高质量越好。
      • 对于 PNG (.png):
        • [cv2.IMWRITE_PNG_COMPRESSION, compression]：compression 是压缩级别（0-9），默认值为 3，值越高压缩越强但速度越慢。
      • 对于 WebP (.webp):
        • [cv2.IMWRITE_WEBP_QUALITY, quality]：quality 是压缩质量（0-100）。
返回值
  • 返回值为布尔值 (True 或 False):
    • True: 保存成功。
    • False: 保存失败（如路径无效或无写权限）。

3 视频文件的读写与显示

对于图像文件，可以从其扩展名得知图像的格式，但是并不适用于视频文件，因为视频文件的格式主要由压缩算法决定；压缩算法称为编码器，解压算法成为解码器，编解码算法称为编解码器。
编解码器种类很多，主要由MJPG、XVID、DIVX等等。

3.1 视频读取

cv2.VideoCapture() 是 OpenCV 用于视频捕获和处理的函数，可以从视频文件、摄像头或视频流中获取帧数据。

cv2.VideoCapture(index, apiPreference=None)
参数说明

  1. index:

    • 如果要从摄像头捕获，index 是摄像头设备的编号。
      • 通常，0 代表默认摄像头，1 代表外接摄像头（如果有）。
    • 如果要从文件读取，index 是视频文件的路径（如 'video.mp4'）。

  2. apiPreference (可选):

    • 指定视频捕获后端（API）的优先级，默认为 cv2.CAP_ANY，OpenCV 会自动选择适当的后端。
    • 常见的后端值：
      • cv2.CAP_ANY：自动选择（默认）。
      • cv2.CAP_V4L2：用于 Linux 的 V4L2 接口。
      • cv2.CAP_DSHOW：DirectShow（Windows）。
      • cv2.CAP_MSMF：Windows Media Foundation。
      • cv2.CAP_FFMPEG：FFmpeg（跨平台，支持大部分格式）。
返回值
  • 返回一个 cv2.VideoCapture 对象，通过该对象可以捕获视频帧。

3.2 视频写入

cv2.VideoWriter() 是 OpenCV 用于将视频帧保存为视频文件的函数。通过这个函数，您可以将处理后的图像帧编码为视频并存储到磁盘。

cv2.VideoWriter(filename, fourcc, fps, frameSize, isColor=True)
参数说明

  1. filename (str):

    • 视频输出文件的路径，包括文件名和扩展名。
    • 扩展名决定了视频的编码格式（如 .avi, .mp4, .mkv 等）。

  2. fourcc (int):

    • 表示视频编码器的 4 字符代码 (FourCC)。
    • 使用 cv2.VideoWriter_fourcc() 函数生成，例如：
      • cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')：XVID 编解码器（常用于 .avi 格式）。
      • cv2.VideoWriter_fourcc(*'MP4V')：MP4 编解码器（常用于 .mp4 格式）。
      • cv2.VideoWriter_fourcc(*'H264')：H.264 编解码器（适用于高效压缩）。
    • 不同系统和平台可能支持的编码器不同。

  3. fps (float):

    • 视频的帧率，即每秒的帧数。
    • 例如，30.0 表示 30 帧/秒。

  4. frameSize (tuple):

    • 视频帧的宽度和高度，格式为 (width, height)。
    • 所有传入帧的大小必须与此一致，否则会抛出错误。

  5. isColor (bool):

    • 指定视频是否为彩色。
    • 默认为 True（彩色），如果为 False，表示灰度视频。
返回值
  • 返回一个 cv2.VideoWriter 对象，用于写入视频。

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编程日记 2025/7/6 17:46:00

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问题背景 给你一个长度为 n n n 的 正 整数数组 n u m s nums nums。 如果两个 非负 整数数组 ( a r r 1 , a r r 2 ) (arr_1, arr_2) (arr1​,arr2​) 满足以下条件&#xff0c;我们称它们是 单调 数组对&#xff1a; 两个数组的长度都是 n n n。 a r r 1 arr_1 arr1​ 是…...

编程日记 2025/7/5 10:27:37

C++语法·叭

阁下何不乘风起&#xff0c;扶摇直上九万里。 qi fei 目录 内存管理 分区介绍 1.栈区&#xff1a; 2.内存映射段&#xff1a; 3.堆&#xff1a; 4.数据段&#xff1a; 5.代码段&#xff1a; 补充&#xff1a; C内存管理&#xff08;简略回忆&#xff09; C内存…...

编程日记 2025/7/1 6:15:13

ComfyUI | ComfyUI桌面版发布，支持winmac多平台体验，汉化共享等技巧！（内附安装包）

ComfyUI 桌面版正式推出&#xff0c;支持 Windows 与 macOS 等多平台&#xff0c;为 AI 绘画爱好者带来全新体验。其安装包便捷易用&#xff0c;开启了轻松上手之旅。汉化共享功能更是一大亮点&#xff0c;打破语言障碍&#xff0c;促进知识交流与传播。在操作上&#xff0c;它…...

编程日记 2025/7/3 0:54:47

探索Python词云库WordCloud的奥秘

文章目录 探索Python词云库WordCloud的奥秘1. 背景介绍&#xff1a;为何选择WordCloud&#xff1f;2. WordCloud库简介3. 安装WordCloud库4. 简单函数使用方法5. 应用场景示例6. 常见Bug及解决方案7. 总结 探索Python词云库WordCloud的奥秘 1. 背景介绍&#xff1a;为何选择Wo…...

编程日记 2025/7/6 5:44:38

用PHP抓取HTTPS资源时的常见问题与解决方法

概述 随着互联网的发展&#xff0c;HTTPS已经成为主流协议&#xff0c;网站的数据安全性得到了显著提升。然而&#xff0c;对于开发者来说&#xff0c;HTTPS的广泛应用也增加了数据抓取的复杂性。尤其是在PHP中实现HTTPS资源的抓取时&#xff0c;开发者可能会遇到以下问题&…...

编程日记 2025/6/27 20:23:52

spring知识点复习--针对面试的

前言 此内容是笔者通过B站的视频总结而来。原视频链接地址&#xff1a;6、Bean Factory与FactoryBean有什么区别_哔哩哔哩_bilibili 1.谈谈springIOC的理解&#xff0c;原理与实现 回答涉及到的点&#xff1a; 控制反转&#xff1a;是一种理论思想&#xff0c;原来的对象是由…...

编程日记 2025/7/6 1:58:14

Web前端学习_CSS盒子模型

content padding border margin <!DOCTYPE html> <html lang"en"> <head><meta charset"UTF-8"><title>CSS盒子模型</title><style></style> </head> <body> <div class"demo&quo…...

编程日记 2025/7/6 19:57:49