opencv访问Mat图像中每个像素的值

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以下例子源自《The OpenCV Tutorials --Release 2.4.2》2.2 How to scan images, lookup tables and time measurement with OpenCV
图像容器Mat还是先看Mat的存储形式。Mat和Matlab里的数组格式有点像，但一般是二维向量，如果是灰度图，一般存放类型；如果是RGB彩色图，存放类型。
单通道灰度图数据存放格式：

多通道的图像中，每列并列存放通道数量的子列，如RGB三通道彩色图：

注意通道的顺序反转了：BGR。通常情况内存足够大的话图像的每一行是连续存放的，也就是在内存上图像的所有数据存放成一行，这中情况在访问时可以提供很大方便。可以用 isContinuous()函数来判断图像数组是否为连续的。

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访问图像中的像素
高效的方法：C操作符[ ]最快的是直接用C风格的内存访问操作符[]来访问：
[cpp] view plaincopy

• Mat& ScanImageAndReduceC(Mat& I, const uchar* const table)  
• {  
•     // accept only char type matrices  
•     CV_Assert(I.depth() != sizeof(uchar));  
•     int channels = I.channels();  
•     int nRows = I.rows ;  
•     int nCols = I.cols* channels;  
•     if (I.isContinuous())  
•     {  
•         nCols *= nRows;  
•         nRows = 1;  
•     }  
•     int i,j;  
•     uchar* p;  
•     for( i = 0; i < nRows; ++i)  
•     {  
•         p = I.ptr(i);  
•         for ( j = 0; j < nCols; ++j)  
•         {  
•             p[j] = table[p[j]];  
•         }  
•     }  
•     return I;  
• }  
  

注意：书中这段代码是有问题的，前面写成了

[cpp] view plaincopy

• int nRows = I.rows * channels;  
• int nCols = I.cols;  
  

一般情况 isContinous为true，运行不会出错，但你可以注释掉那个if，会有访问越界的问题。
这种访问形式就是在每行定义一个指针，然后在内存上直接连续访问。如果整个数组在内存上都是连续存放的，那么只需要定义一个指针就可以访问所有的数据！如单通道的灰度图访问方式如下：
[cpp] view plaincopy

• uchar* p = I.data;  
• for( unsigned int i =0; i < ncol*nrows; ++i)  
•     *p++ = table[*p];  
  

安全的方法：迭代器iterator相比用指针直接访问可能出现越界问题，迭代器绝对是非常安全的方法：

[cpp] view plaincopy

• Mat& ScanImageAndReduceIterator(Mat& I, const uchar* const table)  
• {  
•     // accept only char type matrices  
•     CV_Assert(I.depth() != sizeof(uchar));  
•     const int channels = I.channels();  
•     switch(channels)  
•     {  
•     case 1:  
•         {  
•             MatIterator_ it, end;  
•             for( it = I.begin(), end = I.end(); it != end; ++it)  
•                 *it = table[*it];  
•             break;  
•         }  
•     case 3:  
•         {  
•             MatIterator_ it, end;  
•             for( it = I.begin(), end = I.end(); it != end; ++it)  
•             {  
•                 (*it)[0] = table[(*it)[0]];  
•                 (*it)[1] = table[(*it)[1]];  
•                 (*it)[2] = table[(*it)[2]];  
•             }  
•         }  
•     }  
•     return I;  
• }  
  

这里我们只定义了一个迭代器，用了一个for循环，这是因为在OpenCV里迭代器会访问每一列然后自动跳到下一行，不用管在内存上是否isContinous。另外要注意的是在三通道图像中我们定义的是 格式的迭代器，如果定义成uchar，则只能访问到B即蓝色通道的值。
这种方式虽然安全，但是挺慢的，一会儿就知道了。

更慢的方法：动态地址计算这种方法在需要连续扫描所有点的应用时并不推荐，因为它更实用与随机访问。这种方法最基本的用途是访问任意的某一行某一列：

[cpp] view plaincopy

• Mat& ScanImageAndReduceRandomAccess(Mat& I, const uchar* const table)  
• {  
•     // accept only char type matrices  
•     CV_Assert(I.depth() != sizeof(uchar));  
•     const int channels = I.channels();  
•     switch(channels)  
•     {  
•     case 1:  
•         {  
•             for( int i = 0; i < I.rows; ++i)  
•                 for( int j = 0; j < I.cols; ++j )  
•                     I.at(i,j) = table[I.at(i,j)];  
•             break;  
•         }  
•     case 3:  
•         {  
•             Mat_ _I = I;  
•   
•             for( int i = 0; i < I.rows; ++i)  
•                 for( int j = 0; j < I.cols; ++j )  
•                 {  
•                     _I(i,j)[0] = table[_I(i,j)[0]];  
•                     _I(i,j)[1] = table[_I(i,j)[1]];  
•                     _I(i,j)[2] = table[_I(i,j)[2]];  
•                 }  
•                 I = _I;  
•                 break;  
•         }  
•     }  
•     return I;  
• }  
  

因为这种方法是为随机访问设计的，所以真的是奇慢无比。。。

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减小颜色空间 color space reduction现在来介绍下上述函数对每个元素的操作，也就是用table更改像素值。这里其实是做了个减小颜色空间的操作，这在一些识别之类的应用中会大大降低运算复杂度。类如uchar类型的三通道图像，每个通道取值可以是0~255，于是就有 256*256个不同的值。我们可以通过定义：
0~9 范围的像素值为 0
10~19 范围的像素值 为 10
20~29 范围的像素值为 20
。。。。。。
着这样的操作将颜色取值降低为 26*26*26 种情况。这个操作可以用一个简单的公式：

来实现，因为C++中int类型除法操作会自动截余。 类如 Iold=14; Inew=(Iold/10)*10=(14/10)*10=1*10=10;
在处理图像像素时，每个像素需要进行一遍上述计算也需要一定的时间花销。但我们注意到其实只有 0~255 种像素，即只有256种情况。进一步可以把256种计算好的结果提前存在表中 table 中，这样每种情况不需计算直接从 table 中取结果即可。

[cpp] view plaincopy

• int divideWith=10;   
• uchar table[256];  
• for (int i = 0; i < 256; ++i)  
•     table = divideWith* (i/divideWith);  
  

于是table存放的是值为i的像素减小颜色空间的结果，这样也就可以理解上述方法中的操作：
[cpp] view plaincopy

• p[j] = table[p[j]];  
  

LUT : Look up tableOpenCV 很聪明的有个 LUT 函数就是针对这种 Look up talbe 的操作：
[cpp] view plaincopy

• Mat lookUpTable(1, 256, CV_8U);  
• uchar* p = lookUpTable.data;  
• for( int i = 0; i < 256; ++i)  
•     p = table;  
• for (int i = 0; i < times; ++i)  
•     LUT(I, lookUpTable, J);  
  
  

算法计时为了验证几种方法的效率，可以用一个简单的计时和输出：


[cpp] view plaincopy

• double t;  
• t = (double)getTickCount();  
• t = 1000*((double)getTickCount() - t)/getTickFrequency();  
• t /= times;  
  

实验结果

原图：

降低颜色空间结果：

算法时间：

更清楚的时间对比表：

转载请注明出处：http://blog.csdn.net/xiaowei_cqu/article/details/7771760
实验代码下载：http://download.csdn.net/detail/xiaowei_cqu/4443761