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opencv图像知识（29）
1、OpenCV提供一个功能强大的UI接口，可以在MFC、Qt、WinForms、Cocoa等平台下使用，甚至不需要其他的平台。新版本的HighGUI接口包括：
创建并控制窗口，该窗口可以显示图片并记录其内容
为窗口添加了trackbars控件，可以方便利用鼠标进行控制而不是之前版本的只能利用键盘
读写硬盘和内存的图片
读取摄像头的视频、读写视频文件
先来介绍UI，包括函数createTrackbar、getTrackbarPos、setTrackbarPos、imshow、namedWindow、destroyWindow、destroyAllWindows、MoveWindow、ResizeWindow、SetMouseCallback、waitKey。这些函数保证了图像的基本处理、tarckbar的控制和鼠标键盘的响应
介绍一下读写图像视频的函数：图像相关的函数有imdecode、imencode、imread、imwrite。读取视频相关为VideoCapture类，负责捕捉文件和摄像头的视频，该类内有成员函数VideoCapture、open、isOpened、release、grab、retrieve、read、get、set，写视频的类为VideoWriter，类内有成员函数VideoWriter、open、isOpened、write
新版本还为Qt做了新函数，这里就不介绍了，有兴趣的朋友可以自己看一下参考手册的第四章第三节。
这里介绍几个常用的新功能，首先介绍一下添加滑杆控件Trackbar。调用函数为：
view plain
createTrackbar( TrackbarName, &Linear Blend&, &alpha_slider, alpha_slider_max, on_trackbar );&&
第一个参数为字符串作为标签，第二个参数为所在窗口的名字，第三个参数为存储滑杆位置的值地址，其范围为0~alpha_slider_max（第四个参数），最后一个参数为移动滑杆时调用的回调函数名。
OpenCV2.0版本加强了对视频处理的支持，不再需要对一组连续的图片进行处理，可以进行实时的图像采集和记录以及存储。视频的操作基本都被封装在VideoCapture类中。打开视频可以可以通过如下代码实现：
view plain
VideoCapture captRefrnc(sourceReference);&&
VideoCapture captUndT&&
captUndTst.open(sourceCompareWith);&&
其中sourceReference和sourceCompareWith为string型，为文件名。还可以通过isOpened函数检测视频是否成功打开。也可以调用release函数提前关闭视频。还可以讲VideoCapture放到Mat结构中，因为视频流是一连串的，可以通过read函数或&&操作符逐帧的读取，例如：
view plain
Mat frameReference, frameUnderT&&
captRefrnc && frameR&&
captUndTst.open(frameUnderTest);&&
read函数只能逐帧的抓取，如果要抓取某一帧，可以成对的调用grab函数和retrieve函数。get函数可以获取视频相关信息。set函数可以控制视频的一些值，比如是指视频的当前位置或帧数。
可以使用VideoWriter类创建新视频，其open，isOpened函数调用方法类似，write函数或&&运算符向视频写入内容，可以使用split函数和merge函数单独调整RGB通道的值
今日，被一个网友指出，说OpenCV以前提供的读写功能采用VFW，效率低下且有些格式支持不好。而 OpenCV 2.0 内置了videoInput Library，可以自动在VFW和DirectShow间切换。videoInput是老外写的功能强大的开源视频处理库。是一个第三方库，2.0~2.2的版本专门有一个3rdparty对该库进行支持，而在最新的2.3版本中，已经讲videoInput库集成到highgui中了，想使用它的话，只需要在cmake中设置宏WITH_VIDEOiNPUT=OFF/ON即可。
以后有新学到的东西都会陆续补充进来。
2、Templates是c++的一个很强大的特征，可以是数据结构更加安全高效。但也会增加编译时间和代码的长度，当函数被频繁调用的时候便步那么高效，所以在目前的OpenCV版本不推荐过多的使用templates。矩阵元素可以是如下类型中的一种：
? 8-bit unsigned integer (uchar)
? 8-bit signed integer (schar)
? 16-bit unsigned integer (ushort)
? 16-bit signed integer (short)
? 32-bit signed integer (int)
? 32-bit ?oating-point number (?oat)
? 64-bit ?oating-point number (double)
对于这些数据类型又定义了如下的枚举变量：
view plain
enum { CV_8U=0, CV_8S=1, CV_16U=2, CV_16S=3, CV_32S=4, CV_32F=5, CV_64F=6 };&&
view plain
CV_32FC1 == CV_32F;&&
CV_32FC2 == CV_32FC(2) == CV_MAKETYPE(CV_32F, 2);&&
CV_MAKETYPE(depth, n) == ((x&7)&&3) + (n-1);&&
3、用OpenCV做算法的朋友们肯定为随机数烦恼过，新版本一直支持随机数产生器啦，而且还继续支持之前版本的c格式的函数，不过与时俱进，我这里介绍C++的RNG类。它可以压缩一个64位的i整数并可以得到scalar和array的随机数。目前的版本支持均匀分布随机数和Gaussian分布随机数。随机数的产生采用的是Multiply-With-Carry算法和Ziggurat算法。
其构造函数的初始化可以传入一个64位的整型参数作为随机数产生器的初值。next可以取出下一个随机数，uniform函数可以返回指定范围的随机数，gaussian函数返回一个高斯随机数，fill则用随机数填充矩阵。
这里介绍一个uniform的使用事项，就是比如利用它产生0~1的随机数的问题，具体代码如下：
view plain
// always produces 0&&
double a = rng.uniform(0, 1);&&
// produces double from [0, 1)&&
double a1 = rng.uniform((double)0, (double)1);&&
// produces float from [0, 1)&&
double b = rng.uniform(0.f, 1.f);&&
// produces double from [0, 1)&&
double c = rng.uniform(0., 1.);&&
// may cause compiler error because of ambiguity:&&
// RNG::uniform(0, (int)0.999999)? or RNG::uniform((double)0, 0.99999)?&&
double d = rng.uniform(0, 0.999999);&&
就是不能写成rng.uniform( 0 , 1)，因为输入为int型参数，会调用uniform（int，int），只能产生0。请大家注意使用^_^
还有一些随机数相关的函数，比如randu可以产生一个均匀分布的随机数或者矩阵，randn可以产生一个正态分布的随机数，randShuffle可以随机打乱矩阵元素
再简单介绍一下c版本的随机数产生器的相关函数，有cvRNG、cvRandArr、cvRandInt、cvRandReal
4、寻找一幅图像的匹配的模板，可以在一段视频里寻找出我们感兴趣的东西，比如条形码的识别就可能需要这样类似的一个工作提取出条形码区域（当然这样的方法并不鲁棒）。而OpenCV已经为我们集成好了相关的功能。函数为matchTemplate。
所谓模板匹配就是在一幅图像中寻找和模板图像（patch）最相似的区域。该函数的功能为，在输入源图像Source image（I）中滑动框，寻找各个位置与模板图像Template image（T）的相似度，并将结果保存在结果矩阵result matrix（R）中。该矩阵的每一个点的亮度表示与模板T的匹配程度。然后可以通过函数minMaxLoc定位矩阵R中的最大值（该函数也可以确定最小值）。
匹配的方法有：
CV_TM_SQDIFF 平方差匹配法，最好的匹配为0，值越大匹配越差
CV_TM_SQDIFF_NORMED 归一化平方差匹配法
CV_TM_CCORR 相关匹配法，采用乘法操作，数值越大表明匹配越好
CV_TM_CCORR_NORMED 归一化相关匹配法
CV_TM_CCOEFF 相关系数匹配法，最好的匹配为1，-1表示最差的匹配
CV_TM_CCOEFF_NORMED 归一化相关系数匹配法
前面两种方法为越小的值表示越匹配，后四种方法值越大越匹配。
其实模板匹配的使用和直方图反向投影calcBackProject函数很像，只是直方图反向投影对比的是直方图，而模板匹配对比的是图像的像素值，相比较而言，直方图反向投影的匹配鲁棒性更好。
总结这个函数，感觉功能不是很强大，应用不是很广，因为只能在图像中搜索出指定的模板，如果模板是从待搜索目标中截取出来的，效果会很好，如果模板不是待搜素图像的一部分，效果就差的多了，所以该函数的使用还是有很大的局限性。
OpenCV支持大量的轮廓、边缘、边界的相关函数，相应的函数有moments、HuMoments、findContours、drawContours、approxPolyDP、arcLength、boundingRect、contourArea、convexHull、fitEllipse、fitLine、isContourConvex、minAreaRect、minEnclosingCircle、mathcShapes、pointPolygonTest。还有一些c版本的针对老版本的数据结构的函数比如cvApproxChains、cvConvexityDefects。这里先介绍一些我用过的函数，以后用到再陆续补充。
5、OpenCV里支持很多边缘提取的办法，可是如何在一幅图像里得到轮廓区域的参数呢，这就需要用到findContours函数，这个函数的原型为：
view plain
//C++:&&
void findContours(InputOutputArray image, OutputArrayOfArrays contours, OutputArray hierarchy, int mode, int method, Point offset=Point())&&
void findContours(InputOutputArray image, OutputArrayOfArrays contours, int mode, int method, Point offset=Point())&&
这里介绍下该函数的各个参数：
输入图像image必须为一个2值单通道图像
contours参数为检测的轮廓数组，每一个轮廓用一个point类型的vector表示
hiararchy参数和轮廓个数相同，每个轮廓contours[ i ]对应4个hierarchy元素hierarchy[ i ][ 0 ] ~hierarchy[ i ][ 3 ]，分别表示后一个轮廓、前一个轮廓、父轮廓、内嵌轮廓的索引编号，如果没有对应项，该值设置为负数。
mode表示轮廓的检索模式
CV_RETR_EXTERNAL表示只检测外轮廓
CV_RETR_LIST检测的轮廓不建立等级关系
CV_RETR_CCOMP建立两个等级的轮廓，上面的一层为外边界，里面的一层为内孔的边界信息。如果内孔内还有一个连通物体，这个物体的边界也在顶层。
CV_RETR_TREE建立一个等级树结构的轮廓。具体参考contours.c这个demo
method为轮廓的近似办法
CV_CHAIN_APPROX_NONE存储所有的轮廓点，相邻的两个点的像素位置差不超过1，即max（abs（x1-x2），abs（y2-y1））==1
CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE压缩水平方向，垂直方向，对角线方向的元素，只保留该方向的终点坐标，例如一个矩形轮廓只需4个点来保存轮廓信息
CV_CHAIN_APPROX_TC89_L1，CV_CHAIN_APPROX_TC89_KCOS使用teh-Chinl chain 近似算法
offset表示代表轮廓点的偏移量，可以设置为任意值。对ROI图像中找出的轮廓，并要在整个图像中进行分析时，这个参数还是很有用的。
具体应用参考sample文件夹下面的squares.cpp这个demo
findContours后会对输入的2值图像改变，所以如果不想改变该2值图像，需创建新mat来存放，findContours后的轮廓信息contours可能过于复杂不平滑，可以用approxPolyDP函数对该多边形曲线做适当近似
contourArea函数可以得到当前轮廓包含区域的大小，方便轮廓的筛选
findContours经常与drawContours配合使用，用来将轮廓绘制出来。其中第一个参数image表示目标图像，第二个参数contours表示输入的轮廓组，每一组轮廓由点vector构成，第三个参数contourIdx指明画第几个轮廓，如果该参数为负值，则画全部轮廓，第四个参数color为轮廓的颜色，第五个参数thickness为轮廓的线宽，如果为负值或CV_FILLED表示填充轮廓内部，第六个参数lineType为线型，第七个参数为轮廓结构信息，第八个参数为maxLevel
得到了复杂轮廓往往不适合特征的检测，这里再介绍一个点集凸包络的提取函数convexHull，输入参数就可以是contours组中的一个轮廓，返回外凸包络的点集
还可以得到轮廓的外包络矩形，使用函数boundingRect，如果想得到旋转的外包络矩形，使用函数minAreaRect，返回值为RotatedRect；也可以得到轮廓的外包络圆，对应的函数为minEnclosingCircle；想得到轮廓的外包络椭圆，对应的函数为fitEllipse，返回值也是RotatedRect，可以用ellipse函数画出对应的椭圆
如果想根据多边形的轮廓信息得到多边形的多阶矩，可以使用类moments，这个类可以得到多边形和光栅形状的3阶以内的所有矩，类内有变量m00，m10，m01，m20，m11，m02，m30，m21，m12，m03，比如多边形的质心为 x = m10 / m00，y = m01 / m00。
如果想获得一点与多边形封闭轮廓的信息，可以调用pointPolygonTest函数，这个函数返回值为该点距离轮廓最近边界的距离，为正值为在轮廓内部，负值为在轮廓外部，0表示在边界上。
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HWND hWnd = (HWND) cvGetWindowHandle("view");
HWND hParent = ::GetParent(hWnd);
::SetParent(hWnd, GetDlgItem(IDC_STATIC_CV)-&m_hWnd);
::ShowWindow(hParent, SW_HIDE);
上面就是打开一个名为view的OpenCV窗口，并将其放置到一个ID为IDC_STATIC_CV的PictureControl里面，这个控件的类型需要是rectangle。当你在需要显示某图片的时候，就像在OpenCV里面显示一样就可以了。imshow("view", mat);
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