[CV] OpenCV Basics

Basic Data Structure

Mat

Matrix

Mat(int rows, int cols, int type)
Mat(Size size, int type)
Mat(const Mat &m)
Mat(Size size, int type, const Scalar &s)

Pixel type

CV_8U: 8-bit unsigned integer: uchar
CV_8S: 8-bit signed integer: schar
CV_16U: 16-bit unsigned integer: ushort
CV_16S: 16-bit signed integer: short
CV_32S: 32-bit signed integer
- int ( -2147483648~2147483647 )
CV_32F: 32-bit floating-point number
- float ( -FLT_MAX~FLT_MAX, INF, NAN )
CV_64F: 64-bit floating-point number
- double (-DBL_MAX~ DBL_MAX, INF, NAN )
Multi-channel array:
- CV_8UC3 == CV_8U(3)
- CV_64FC4 == CV_64FC(4)

Matrix Declaration

void matrix_declaration() {
  int w = 150, h = 100;
  Mat image(h, w, CV_8UC1, Scalar(255));
  cout << "Size: " << image.size().height << "," << image.size().width << endl;
  imshow("image", image);
  waitKey(0);
}

result

Multi-channel 이미지를 위해서는 Scalar 함수를

Scalar(255, 0, 0) 과 같이 사용

🧨 색공간 순서는 BGR 이니 주의

Mat Copy

Shallow Copy (얕은 복사)

데이터의 주소만 복사 하는 방법

위 그림에서 cv::Mat m1을 m2에 대입 (cv::Mat m2 = m1 혹은 cv::Mat m2(m1)) 하면 두 Mat 객체는 동일한 데이터를 가리키게 된다.

Depp Copy (깊은 복사)

데이터를 완전히 복사하여 새로운 메모리 공간에 할당하는 방법 clone()이나 copyTo() 메서드를 사용한다.

cv::Mat m1 를 m2로 깊은 복사 하면 두 Mat 객체는 서로 독립적인 데이터를 가지게 된다.

example 1

void matrix_copy() {
  Mat m1 = (Mat_<double>(3, 3) << 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9);
 
  Mat m_shallow = m1;       // 얕은 복사
  Mat m_deep = m1.clone();  // 깊은 복사
 
  cout << "m1=\n" << m1 << endl << endl;
  cout << "m_shallow=\n" << m_shallow << endl << endl;
  cout << "m_deep=\n" << m_deep << endl << endl;
 
  // Update m1
  m1.at<double>(0, 0) = 100;
 
  cout << "m1=\n" << m1 << endl << endl;
  cout << "m_shallow=\n" << m_shallow << endl << endl;
  cout << "m_deep=\n" << m_deep << endl << endl;
 
  waitKey(0);
}

result

example 2

void matrix_copy2() {
  Mat image = imread("img.png");
 
  // Mat::zeros를 통해 모든 요소가 0으로 채워진 Mat 객체 생성 (static method)
  Mat mask = Mat::zeros(image.size(), image.type());
  Mat copied;
 
  Rect rect = Rect(10, 10, 300, 300);  // LT(left-top) position, width, height
  rectangle(mask, rect, Scalar(255, 0, 0), -1, 8, 0);
  image.copyTo(copied, mask);
 
  imshow("original", image);
  imshow("copied", copied);
 
  waitKey(0);
}

result

Mat Conversion

convertTo

void convertTo(OutputArray m, int rtype, double alpha=1, double beta=0);

OutputArray m: 변환된 결과가 저장될 출력 행렬
int rtype: 변환할 자료형 (CV_8U, CV_32F 등). -1이면 입력 행렬과 같은 자료형 유지
double alpha: 입력 데이터에 곱할 스케일 값(기본 1)
double beta: 입력 데이터에 더할 값(기본 0)

모든 element를 다음 수식으로 계산

m (x, y) = s a t u r a t e_c a s t < r T y p e > (α \cdot (t hi s) (x, y) + β)

this(x,y)는 입력 행렬의 해당 위치 값

saturate_cast<rType> 은 일반 C++에서의 타입 캐스팅과 달리 변환한 값이 rType 범위를 벗어나면 min/max 값으로 강제함

setTo

void setTo(InputArray value, InputArray mask=noArray());

InputArray value: 행렬 원소에 채워 넣을 값 (예: Scalar(0), Scalar(255, 0, 0))
InputArray mask: (선택) 마스크 행렬로 true인 곳에만 값 대입

convertScaleAbs

void convertScaleAbs(InputArray src, OutputArray dst, double alpha=1, double beta=0);

InputArray src: 입력 행렬
OutputArray dst: 변환된 결과 행렬 (8비트)
double alpha: 곱할 스케일 값 (기본 1)
double beta: 더할 값 (기본 0)

각 함수별 차이점

함수명	주요 기능	출력 타입	특징 및 용도
convertTo	자료형 변환, 픽셀 값 스케일링/쉬프트 적용	호출 시 지정 가능	타입이 변할 수 있고, 스케일과 쉬프트 적용 가능
setTo	행렬 전체 또는 마스크 영역의 값 대입	입력 행렬과 동일	값 전체 초기화 또는 특정 영역 초기화 용이
convertScaleAbs	스케일, 쉬프트 후 절댓값 + 8비트 변환	항상 8비트 unsigned char	음수 값 처리 시 사용, 에지 검출 결과 등에 주로 이용

example

void matrix_conversion() {
  Mat image = imread("img.png");
 
  Mat after_convertTo, after_convertScaleAbs;
 
  imshow("original", image);
 
  image.convertTo(after_convertTo, CV_16SC1);
  imshow("after_convertTo", after_convertTo);
 
  convertScaleAbs(image, after_convertScaleAbs, 2, 3);
  imshow("after_convertScaleAbs", after_convertScaleAbs);
 
  image.setTo(Scalar(0));
  imshow("after setTo", image);
 
  waitKey(0);
}

result

Read Image/Video

Read an image

imread() 함수를 통해 이미지를 읽어 Mat 객체로 반환

Mat imread(const String& filename, int flags = IMREAD_COLOR);

filename: 읽어올 이미지 파일 경로 및 이름 (예: “image.jpg”)
flags: 이미지 로딩 방식을 지정하는 옵션값으로, 주요 옵션은 다음과 같다:
- IMREAD_COLOR (1): 컬러 이미지로 읽음 (기본값, 투명도 무시, BGR 순서)
- IMREAD_GRAYSCALE (0): 흑백 이미지로 읽음
- IMREAD_UNCHANGED (-1): 이미지 원본 그대로(알파 채널 포함) 읽음
- IMREAD_ANYDEPTH: 16비트, 32비트 등 원본 이미지 깊이 무시 않고 읽음
- IMREAD_ANYCOLOR: 가능한 어떤 색상으로든 읽음
- IMREAD_REDUCED_GRAYSCALE_2,4,8: 이미지 크기를 1/2, 1/4, 1/8로 줄인 흑백 이미지 읽기
- IMREAD_REDUCED_COLOR_2,4,8: 이미지 크기를 1/2, 1/4, 1/8로 줄인 컬러 이미지 읽기

Read a video

VideoCapture 클래스를 사용

cv::VideoCapture Class Reference

`VideoCapture::get(int propId)`

주요 propId

propId	설명
CAP_PROP_POS_MSEC	현재 재생 위치(밀리초)
CAP_PROP_POS_FRAMES	다음 프레임 인덱스(0부터 시작)
CAP_PROP_FRAME_WIDTH	프레임 너비
CAP_PROP_FRAME_HEIGHT	프레임 높이
CAP_PROP_FPS	프레임 속도(초당 프레임 수)
CAP_PROP_FRAME_COUNT	전체 프레임 수
CAP_PROP_FOURCC	코덱 식별 4문자 코드
CAP_PROP_BRIGHTNESS	카메라 이미지 밝기
CAP_PROP_CONTRAST	카메라 이미지 대비
CAP_PROP_EXPOSURE	카메라 노출

propId	설명
CAP_PROP_POS_MSEC	비디오 현재 위치(밀리초), 타임스탬프
CAP_PROP_POS_FRAMES	다음으로 디코딩/캡처할 프레임의 0부터 시작하는 인덱스
CAP_PROP_POS_AVI_RATIO	비디오 상대 위치 (0: 시작, 1: 끝)
CAP_PROP_FRAME_WIDTH	비디오 프레임 너비
CAP_PROP_FRAME_HEIGHT	비디오 프레임 높이
CAP_PROP_FPS	초당 프레임 수 (Frame rate)
CAP_PROP_FOURCC	코덱 4문자 코드
CAP_PROP_FRAME_COUNT	비디오 파일 내 프레임 총 수
CAP_PROP_FORMAT	retrieve()가 반환하는 Mat 객체의 포맷
CAP_PROP_MODE	백엔드별 현재 캡처 모드 값
CAP_PROP_BRIGHTNESS	이미지 밝기 (카메라 전용)
CAP_PROP_CONTRAST	이미지 대비 (카메라 전용)
CAP_PROP_SATURATION	이미지 채도 (카메라 전용)
CAP_PROP_HUE	이미지 색상 (카메라 전용)
CAP_PROP_GAIN	이미지 게인 (카메라 전용)
CAP_PROP_EXPOSURE	노출 (카메라 전용)
CAP_PROP_CONVERT_RGB	RGB 변환 여부의 불리언 플래그
CAP_PROP_WHITE_BALANCE	화이트 밸런스 (현재 지원 안됨)
CAP_PROP_RECTIFICATION	스테레오 카메라의 렉티피케이션 여부

Examples

Read a video from a file

void read_video_from_file() {
  Mat frame;
  VideoCapture cap;
  // check if file exists. if none program ends
  if (cap.open("background.mp4") == 0) {
    cout << "no such file!" << endl;
    waitKey(0);
  }
  double fps = cap.get(CAP_PROP_FPS);
  double time_in_msec = cap.get(CAP_PROP_POS_MSEC);
  int total_frames = cap.get(CAP_PROP_FRAME_COUNT);
 
  cout << "FPS: " << fps << endl;
  cout << "Time in msec: " << time_in_msec << endl;
  cout << "Total frames: " << total_frames << endl;
}

result

FPS: 24
Time in msec: 0
Total frames: 1370

Read a video from a webcam

void read_image_from_webcam() {
  Mat frame;
  // capture from webcam
  // whose device number=0
  VideoCapture cap(0);
}

Display Image/Video

Display an image

void imshow(const string &winname, InputArray mat);

void display_image() {
  Mat gray_image, color_image;
  // 0 on the 2nd parameter means read img in grayscale
  gray_image = imread("lena.png", 0);
  // blank 2nd parameter means 1, which means read img in colors
  color_image = imread("lena.png");
  imshow("gray image", gray_image);
  imshow("color image", color_image);
  waitKey(0);
}

result

Display a video

void display_video() {
  Mat frame;
  int fps;
  int delay;
  VideoCapture cap;
  // check if file exists. if none program ends
  if (cap.open("background.mp4") == 0) {
    cout << "no such file!" << endl;
    waitKey(0);
  }
  fps = cap.get(CAP_PROP_FPS);
  delay = 1000 / fps;
  while (1) {
    cap >> frame;
    if (frame.empty()) {
      cout << "end of video" << endl;
      break;
    }
    imshow("video", frame);
    waitKey(delay);
  }
}

result

waitKey

int waitKey(int delay=0);

milliseconds 단위로 delay한다.

0 은 계속해서 대기하는 special value임.

Resize Image/Video

void resize_image() {
  Mat img = imread("lena.png");
  Mat resize_img;
 
  resize(img, resize_img, Size(200, 200));
 
  imshow("original image", img);
  imshow("resize image", resize_img);
  waitKey(0);
}

Jangmyun's Vault

탐색기

[CV] OpenCV Basics

Basic Data Structure

Mat

Pixel type

Matrix Declaration

result

Mat Copy

Shallow Copy (얕은 복사)

Depp Copy (깊은 복사)

example 1

result

example 2

result

Mat Conversion

convertTo

setTo

convertScaleAbs

각 함수별 차이점

example

result

Read Image/Video

Read an image

Read a video

VideoCapture::get(int propId)

주요 propId

Examples

Read a video from a file

result

Read a video from a webcam

Display Image/Video

Display an image

result

Display a video

result

waitKey

Resize Image/Video

result

그래프 뷰

목차

`VideoCapture::get(int propId)`