使用C++语言读取*.mat文件中的数据

简介：借助于Matlab的接口函数，在Visual Studio中使用C++语言读取*.mat文件中的数据（这里主要是2维矩阵（灰度图像）和3维矩阵（彩色图像））到OpenCV中的Mat数据结构中并显示图像，同时实现将灰度图像转化为伪彩色图像（类型为Matlab中的colormap jet），最后调用Windows的API函数实现窗口尺寸的自由调整。

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工具：（1）Matlab R2015b(x64) （2）Visual Studio 2013 （3）OpenCV 3.0.0

一、 在Visual Studio配置Matlab和OpenCV

假设Matlab的安装路径为“E:\Program Files\MATLAB”，OpenCV的安装路径为“E:\Program Files\opencv”。

1. 配置环境变量

在“控制面板》系统和安全》系统》高级系统设置》环境变量》系统变量”中找到变量名“Path”，编辑之，在变量值的末尾添加“;E:\Program Files\MATLAB\R2015b\bin\win64;E:\Program Files\opencv\build\x64\vc12\bin”。如下图所示。

2. 配置配置管理器

在Visual Studio 2013中新建一个“Win32控制台应用程序”，在菜单栏“生成”中打开“配置管理器”选项。将“活动解决方案平台”中的“Win32”选为（新建为）“x64”。如下图所示。

3. 配置属性管理器

在菜单栏“视图”中打开“属性管理器”选项，右键点击Debug|x64下的Microsoft.Cpp.x64.user并打开“属性”选项，如下图所示。

在“Microsoft.Cpp.x64.user属性页”中找到“通用属性”下的“VC++目录”，在其右侧的“包含目录”下添加路径“E:\Program Files\opencv\build\include”、“E:\Program Files\opencv\build\include\opencv”、“E:\Program Files\opencv\build\include\opencv2”、“E:\Program Files\MATLAB\R2015b\extern\include”、“E:\Program Files\MATLAB\R2015b\extern\include\win64”，一共5个路径。然后在“库目录”下添加路径“E:\Program Files\opencv\build\x64\vc12\lib”、“E:\Program Files\MATLAB\R2015b\extern\lib\win64\microsoft”，一共2个路径，如下图所示。

在“通用属性”下的“链接器”中找到“输入”选项，在右侧的“附加依赖项”中添加库“opencv_ts300.lib”、“opencv_world300d.lib”、“opencv_world300.lib”、“libmat.lib”、“libmx.lib”、“libmex.lib”、“libeng.lib”，一共7个库，如下图所示。

到此，所有配置工作到此结束。

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二、 data.mat文件中数据介绍

为了便于测试，本文在Matlab中创建了3个变量：mat2D、mat3D、lena，并使用命令“save”将3个变量保存到data.mat中。3个变量的说明如表1所示。


表1

Name	Value
mat2D	4×5 double
mat3D	2×4×3 double
lena	1×1 struct

变量mat2D是一个4×5的矩阵，在Matlab的表示如下图所示。



变量mat3D是一个2×4×3的矩阵，在Matlab的表示如下图所示。



变量lena是一个结构体，其说明如表2所示。


表2

Field	Value
lenaColor	400×500×3 uint8
lenaGray	400×500×3 uint8

域lenaColor是400×500的彩色lena图像。
域lenaGray是400×500的灰度lena图像。

三、 读取data.mat文件中的数据

1. 相关函数介绍

a. matOpen：打开.mat文件。如果想打开文件“data.mat”，则MATFile pMF = matOpen(“data.mat”,”r”);


b. matClose：关闭*.mat文件。如果想关闭文件“data.mat”，则matClose(pMF);


c. matGetVariable：获取变量，对应于表1中的“Name”。如果想获取变量“mat3D”，则mxArray* pA = matGetVariable(pMF,”mat3D”);


d. matGetPr：获取变量的实部数据。如果想获取变量“mat3D”的实部，则double* pAReal = mxGetPr(pA);


e. mxGetNumberOfDimensions：返回变量的维度。如果想获取变量“mat3D”的维度，则int D = mxGetNumberOfDimensions(pA);此时D = 3;对于变量“mat2D”，D = 2


f. mxGetM：获取变量的行数。如果想获取变量“mat3D”的行数，则 int M = mxGetM(pA);此时M = 2；对于变量“mat2D”，M = 4


g. mxGetN：获取变量在mxArray中的列数。如果想获取变量“mat3D”的实际列数，则 int N = mxGetN(pA)/D;此时，N = 4；假设pA已经指向变量“mat2D”，对于变量“mat2D”，应使用int N = mxGetN(pA);此时，N = 5


h. mxGetField：获取结构体中的域，对应于表2中的“Field”。假设pS已经指向变量“lena”，如果想获取域“lenaGray”，则mxArray* pF = mxGetField(pS,0,”lenaGray”);

2. mxArray和Mat在数据存储结构上的比较

a． 对于2维矩阵变量“mat2D”，在Mat是按行优先存储的，而在mxArray中则是按列优先存储的，如下图所示。



b． 对于3维变量“mat3D”，在Mat中是按第3维、行、列的优先顺序存储的，而在mxArray中是按列、行、第3维的顺序存储的，如下图所示。



c． 在处理彩色图像的时候，应当把Mat中按RGB存放的顺序改为BGR的顺序，这样才能正常显示图像。

四、 灰度Gray图像转伪彩色Jet图像

对于灰度图像的每个像素值，找到其对应的RGB映射值即可。在0到255上Gray与Jet的映射关系如下图所示，其中横坐标表示像素值，纵坐标表示映射值。

五、 使用Windows的API函数实现窗口尺寸的自由调整

假设已经存在窗口“lenaJet”，此时窗口尺寸为500×400，如果要将尺寸调整为800×600，则需要包含头文件Windows.h，并且添加下列三行代码：

HWND hWnd = (HWND)cvGetWindowHandle(“lenaJet”);
HWND hParentWnd = GetParent(hWnd);
SetWindowPos(hParentWnd,NULL,0,0,800,600,SWP_NOMOVE);

从文件“data.mat”从读取出的变量“lenaGray”显示如图1所示，变量“lenaColor”显示如图2所示，伪彩色Jet图像“lenaJet”显示如图3。

图1



图2

图3