OpenCV官方教程学习----Core moudle----图片访问

Core moudle（基础模块）

1.How to scan images, lookup tables and time measurement with OpenCV

1.1 测试用实例描述

OpenCV官方文档中此部分的应用背景：一种简答的色彩还原方法。

问题描述：由于元素在矩阵中的存储最少也是256个不同值，如果直接采用一对一的映射将十分的需要资源，为了解决这个问题，首先对图像进行一个简单的色彩空间缩减算法，原理很简单，通过C++中的取商后乘十来实现，具体公式如下;
$$I_{new}=(\frac{I_{old}}{10})\ast 10$$
这样以个256的像素值就会被压缩很多，如此一来就基本上解决了数据过大的问题，然而，就算使用这个公式进行计算，由于图像像素多，对于每个图像都应用这个公式进行操作也十分消耗时间，为此使用查找表的方式，先计算斌存好映射关系和结果，到时候直接根据像素值进行查找就可以了，省去实际计算时间。

首先是计算查找表

int divideWith = 0; //划分的宽度，由输入而来
stringstream s;
s << argv[2];
s >> divideWith;		//将输入的字符转换成int型
if (!s || !divideWith)
{
    cout << "Invalid number entered for dividing. " << endl;
    return -1;
}
uchar table[256];		//查找表计算，256个像素值对应26个结果，多对一的映射
for (int i = 0; i < 256; ++i)
    table[i] = (uchar)(divideWith * (i/divideWith));

如何衡量时间

1. cv::getTickCount(),返回来自某个事件的系统 CPU 的滴答数，一直在变化。
2. cv::getTickFrequency(),返回您的 CPU 在一秒内发出滴答声的次数。

double t = (double) getTickCount ();//起始时间
// 做点什么 ...
t = ((double) getTickCount () - t)/ getTickFrequency ();	//时间差除以CPU每秒滴答数=运行时间s
cout << "时间以秒为单位：" << t << endl;

1.2 图像矩阵在内存中如何存储。

一个图像矩阵的存储方式取决于：颜色系统（通道数），分辨位数。

对于灰度图像只有一个通道，以及像素值。

对于多通道图像，每一列中包含多个子列。

注意：通道的存储方式是BGR不是RGB

在内存足够的情况下，每一个元素的存储时连续的，从而创建一个超级长的一行数据，可以通过cv::Mat::isContinuous()来查看是否图像存储是否连续。

1.3 有效的访问方式

在性能方面，OpenCV自己表示C风格的指针访问或者[]访问效率高，所以依然要使用C中访问数组元素的方式。

于是就有一个问题，我们要怎么样来对如此庞大的数据进行重新组合，或者有效访问呢

Mat& ScanImageAndReduceC(Mat& I, const uchar* const table)
{
    // accept only char type matrices
    CV_Assert(I.depth() == CV_8U);	//这是一个异常判断的函数，无符号八位存储方式很重要
    int channels = I.channels();	//获取通道数
    int nRows = I.rows;				//获取行数
    int nCols = I.cols * channels;	//获取列数，包括每个通道
    if (I.isContinuous())			//存储方式是否连续，如果是就可以按一行来判断，不是的话就要按每一行来访问
    {		
        nCols *= nRows;
        nRows = 1;
    }
    int i,j;
    uchar* p;
    for( i = 0; i < nRows; ++i)
    {
        p = I.ptr<uchar>(i);		//p指向每一行的首地址
        for ( j = 0; j < nCols; ++j)
        {
            p[j] = table[p[j]];		//根据每行元素的值进行查找
        }
    }
    return I;		//经过处理后，矩阵的数据完全变化了，而其他信息没有变化
}

另一种方法是使用Mat对象的data数据成员生成指针，因为data数据成员的指针指向第一行第一列的元素的地址。

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

这种方式访问是十分不直观的，无法知道是操作的是哪一行那一列数据。

1.4 迭代器方法----安全

迭代器访问不需要我们自己去计算从哪访问，要访问多少个，迭代器的方式更加模块化。

Mat& ScanImageAndReduceIterator(Mat& I, const uchar* const table)
{
    // accept only char type matrices
    CV_Assert(I.depth() == CV_8U);
    const int channels = I.channels();
    switch(channels)
    {
    case 1:
        {
            MatIterator_<uchar> it, end;	//一个通道的迭代器
            for( it = I.begin<uchar>(), end = I.end<uchar>(); it != end; ++it)
                *it = table[*it];
            break;
        }
    case 3:
        {
            MatIterator_<Vec3b> it, end;	//三个通道的迭代器
            for( it = I.begin<Vec3b>(), end = I.end<Vec3b>(); it != end; ++it)
            {
                (*it)[0] = table[(*it)[0]];
                (*it)[1] = table[(*it)[1]];
                (*it)[2] = table[(*it)[2]];
            }
        }
    }
    return I;
}

如果用<char>型的迭代器去访问三个通道的图像，这样只能访问蓝色通道所有数据。可以看出，迭代器得到的类似于“每个像素的首地址”，并且迭代器访问完一行行后自动换行

1.5 On-the-fly address calculation with reference returning（这种方法不建议用）

Mat& ScanImageAndReduceRandomAccess(Mat& I, const uchar* const table)
{
    // accept only char type matrices
    CV_Assert(I.depth() == CV_8U);
    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<uchar>(i,j) = table[I.at<uchar>(i,j)];//用行列的方式定位元素，并按照一定数据类型进行解释
            break;
        }
    case 3:
        {
         Mat_<Vec3b> _I = I;		//这里确定了数据类的解释方式
         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;
}

这种方式访问数据，每次都要输入行和列以及数据的解释形式，容易出错且效率低。为了方便操作，OpenCV中提供了一种数据类型，cv::Mat_这种数据类型需要在定义的时候额外添加数据类型Mat_<double> M(20,20)，如此一来以后访问就不用指定访问的数据类型了，可以直接使用()和cv::Mat::at.

1.6 使用核心函数

在Core Function中提供了一种直接根据查找表操作进行的函数cv::LUT().

//创建查找表
Mat lookUpTable(1, 256, CV_8U);
uchar* p = lookUpTable.ptr();
for( int i = 0; i < 256; ++i)
    p[i] = table[i];
//使用函数直接完成查找，I根据lookUpTable进行查找并得到J，J是输出
LUT(I, lookUpTable, J);

1.7几种方法的速度

咳咳，事实证明，能用函数就不要自己写，费力不讨好。。。解决开始提出的问题的源码地址