計算機視覺1->opencv4學習指南1 | 環境配置與例程

opencv雖然很有名，但是自己一直沒怎麼玩過，暑假的時候使用深度相機做專案，但負責的不是程式碼模組，也只是配好了環境，沒有繼續瞭解影像處理。最近電子實習老師有教這個東西，但是身邊不少同學遇到了麻煩，所以在此總結了一下，彙總了一些我行之有效的教程和官方資料，並且附上了兩個例程；方便ubuntu環境下的opencv新手快速上手。

00 opencv4.5.3

先放一個連結，當初在ubuntu1804上無痛配置好opencv4.5.3的環境，採用的是這個教程.

下面是我自己的總結，大家可以避免頁面跳轉。

00-1 安裝相關軟體包

sudo apt install  build-essential
 
sudo apt install cmake git libgtk2.0-dev pkg-config libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev  
 
sudo apt install python-dev python-numpy libtbb2 libtbb-dev libjpeg-dev libpng-dev libtiff-dev libjasper-dev libdc1394-22-dev

 

如果第三個命令列無法定位軟體包；

則

sudo apt install  build-essential
 
sudo apt install cmake git libgtk2.0-dev pkg-config libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev  
 
sudo apt install python-dev python-numpy libtbb2 libtbb-dev libjpeg-dev libpng-dev libtiff-dev libjasper-dev libdc1394-22-dev

 

libjasper1 是 libjasper-dev 的依賴包

00-2 原始碼下載

opencv官網下載：Releases - OpenCV

找到自己想要的版本，這裡我使用的是4.5.3，暑假的時候還算比較新，現在已經out了。

下載成功後解壓，解壓到哪個資料夾都可以。

00-3 編譯原始碼

採用cmake的編譯方法對下載解壓後的軟體包進行編譯。

進入解壓出來的OpenCV-4.5.3資料夾，建立一個新資料夾，我建立的叫 build

進入新資料夾，開啟終端，進入這個資料夾

執行命令

cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=Release -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/your_opencv_install_path
​
sudo make
//為了快也可以直接 sudo make -j3並行編譯
​
sudo make install 

 

完成後，OpenCV 就安裝好了，接下來要配置 OpenCV 的編譯環境；

00-4 配置環境

首先將OpenCV的庫新增到路徑，從而可以讓系統找到

開啟opencv.conf ,開啟後很可能是空白

 sudo gedit /etc/ld.so.conf.d/opencv.conf  

在文末新增

 /usr/local/lib 

接下來配置 bash

 sudo gedit /etc/bash.bashrc  

在文末新增

PKG_CONFIG_PATH=$PKG_CONFIG_PATH:/usr/local/lib/pkgconfig  
​
export PKG_CONFIG_PATH  

 

儲存後退出重新整理(source)

source /etc/bash.bashrc  

sudo updatedb 

配置完成。

01 測試安裝成功

轉到 opencv-4.5.3/sample/cpp/example_cmake 目錄下，開啟終端

執行如下命令：

cmake .
make
./opencv_example

彈出該頁面：

然後把電腦自帶的攝像頭開啟，就會出現畫面。說明安裝、配置成功。

02 讀取jpg並顯示

02-1 工程建立

首先，在opencv4.5.3資料夾裡建立一個我們學習用的資料夾，日後所有的學習專案都會放在這裡，方便管理。

 mkdir opencv-learn 

然後，我們進入這個資料夾

 cd opencv-learn 

建立今天的第一個專案

mkdir learn1
cd learn1
touch DisplayImage.cpp

02-2 C++程式

編寫我們讀取jpg並顯示的程式

#include <stdio.h>  
#include <opencv2/opencv.hpp>  
using namespace cv;  
int main(int argc, char** argv )  
{  
    if ( argc != 2 )  
    {  
        printf("usage: DisplayImage.out <Image_Path>\n");  
        return -1;  
    }  
    Mat image;  
    image = imread( argv[1], 1 );  
    if ( !image.data )  
    {  
        printf("No image data \n");  
        return -1;  
    }  
    namedWindow("Display Image", WINDOW_AUTOSIZE );  
    imshow("Display Image", image);  
    waitKey(0);  
    return 0;  
} 

 

02-3 程式碼解析

opencv的程式碼風格與arduino很相似，函式很多，且名字與功能強相關，初入門的程式設計主要是函式的呼叫，不涉及複雜資料結構與演算法。

前面的if-else是魯棒性保證，感興趣可以查一下argv與argc；這裡程式碼的意思是如果命令列編譯引數不是2，那麼報錯。

argv與argc簡介如下：

這兩個引數在使用命令列編譯的時候有用。

1. argc 為整型，是命令列引數的個數；

2. argv 是字串型，為字串陣列，陣列成員意義如下：

   argv[0]指向程式名；

   argv[1]指向程式名後的第一個字串；

   ...以此類推

---

接下來：

 Mat image;  

定義一個Mat格式的矩陣image用來儲存下面會用到的圖片。

  image = imread( argv[1], 1 ); 

把讀取的圖片資訊，存進來。

  namedWindow("Display Image", WINDOW_AUTOSIZE );  

這裡是指定展現處理後圖片的視窗的名字

   imshow("Display Image", image);  
    waitKey(0);  

展示圖片（會彈出一個視窗，名字是上面定義的名字）

int waitKey(int delay=0)的功能是不斷重新整理圖片，頻率由delay來衡量。

1. 在顯示圖片和視訊時，會在imshow()時，通常在後面加上while(WaitKey(n)==key)，key為大於0的數即可，這樣程式將在此處迴圈執行直到按鍵響應為key。

2. delay:為0時，則會一直顯示這一幀，這在顯示攝像頭和視訊時有用。這個引數用於設定在顯示完一幀影像後程式等待“delay”ms後再顯示下一幀圖片。

3. 舉幾個例子

   if(waitKey(10)>=0)//是說10ms中按任意鍵進入if語句
   
   while(waitKey(2)!=27)//表示不按Esc按鍵則一直在2ms後顯示

02-4 CMakeLists.txt編寫

A 內容

接下來我們採用CMakeLists.txt的形式進行編譯。

這種形式可以避免引用庫不全面而造成的未定義報錯。//而這在opencv程式設計中是經常出現的。

因此CMakeLists.txt是一種很好的編譯方式，值得學習。

touch CMakeLists.txt

gedit CMakeLists.txt

 

在彈出的頁面

    cmake_minimum_required(VERSION 2.8)  
    project( DisplayImage )  
    find_package( OpenCV REQUIRED )  
    add_executable( DisplayImage DisplayImage.cpp )  
    target_link_libraries( DisplayImage ${OpenCV_LIBS} )

 

B 解釋

這裡這些語句的意思是：⬇

1.cmake_minimum_required，指定最小需要的版本。裡面的內容也是與版本資訊有關。

2.project，基本用法是：用於指定cmake工程的名字，比如此處就制定了當前工程的名字是DisplayImage

3.find_package

關於find_package：

當我們編譯一個需要使用第三方庫的程式時，我們需要知道的是：

目標	對照
去哪兒找標頭檔案 .h	GCC的 -I 引數
去哪兒找庫檔案 (.so/.dll/.lib/.dylib/…)	GCC的 -L引數
需要連結的庫檔案的名字	GCC的 -l 引數

比如我們需要一個第三方庫 curl，那麼我們的 CMakeLists.txt 需要指定標頭檔案目錄，和庫檔案，類似：

include_directiories(/usr/include/curl)

target_link_libraries(myprogram path/curl.so)

而如果我們要藉助cmake語法的功能，如果藉助於cmake提供的finder會怎麼樣呢？使用cmake的Modules目錄下的FindCURL.cmake，相應的CMakeList.txt 檔案：

find_package(CURL REQUIRED)

include_directories(${CURL_INCLUDE_DIR})

target_link_libraries(curltest ${CURL_LIBRARY})

cmake是如何查詢這些列出的第三方庫的，在這裡就不談了

可以看出我們編寫的CMakeList.txt這句的意思是OpenCV的依賴庫的新增。

4.add_executable

使用指定的原始檔來生成目標可執行檔案。這裡的目標可執行檔案分為三類：

1. 普通可執行目標檔案

2. 匯入可執行目標檔案

3. 別名可執行目標檔案

分別對應的三種命令格式如下：

add_executable (<name> [WIN32] [MACOSX_BUNDLE]
      [EXCLUDE_FROM_ALL]
      [source1] [source2 ...])
      
add_executable (<name> IMPORTED [GLOBAL])
​
add_executable (<name> ALIAS <target>)

這裡使用的是最簡單的形式：

 #語法:add_executable(可執行程式名 要編譯的cpp) 

5.target_link_libraries

該指令的作用為將目標檔案與庫檔案進行連結。

這項的編寫需要注意：庫之間可能也存在著依賴關係，被依賴的庫放在後面。

02-5 編譯

編寫完成後，我們編譯這個專案：

cmake .

make

 

 

 

 

記得在專案裡（與程式碼同資料夾下）放入我們要處理的圖片(jpg)。

02-6 執行得到結果

然後我們執行

  ./DisplayImage TEST.jpg 

即可看到C++程式呼叫opencv處理後顯示的圖片，雖然在此例子中展示的是圖片原貌。

在這個程式基礎上可以實現灰度圖等等。

03 使用電腦攝像頭初步

03-1 工程建立

我們建立一個新的資料夾learn2並建立檔案

mkdir learn2

cd learn2

touch testopencv_camera.cpp

 

03-2 C++程式

//兩個功能：如果直接執行程式./exe檔案，就是開啟電腦攝像頭並顯示；如果./exe avi視訊，那會讀取這個avi視訊，並在視窗裡顯示出來。
#include "opencv/highgui.h"
#include "opencv/cv.h"
using namespace std;
using namespace cv;
 
int main(int argc, char** argv){
  cvNamedWindow("testcamera", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
  CvCapture* capture;
  if (argc == 1){
    capture=cvCaptureFromCAM(0);
    printf("capture 0\n");
  }
  else {
    capture = cvCreateFileCapture(argv[1]);
    printf("capture argv1\n");
  }
  assert(capture != NULL);
  IplImage* frame;
  frame = cvCreateImage(cvSize(640, 320), IPL_DEPTH_16U, 3);
  while(1){
    frame = cvQueryFrame(capture);
    if (!frame)
      break;
    cvShowImage("testcamera", frame);
    char c=cvWaitKey(33);//顯示間隔是33ms
    if (c==27)////27ms內按下任意建進入if
      break;
  }
  cvReleaseCapture(&capture);
  cvDestroyWindow("testcamera");
  return 0;
}
​

03-3 程式碼解析

常規庫、工作空間準備；

#include "opencv/highgui.h"
#include "opencv/cv.h"
using namespace std;
using namespace cv;

接下來，如果我們的命令列編譯引數只有一個(argc==1)那麼呼叫cvCaptureFromCAM()函式初始化CvCapture結構的 capture變數。

這是OpenCV庫中的一個函式。

初始化從攝像頭中獲取的視訊

 CvCapture* cvCaptureFromCAM( int index ); 

• index是個整數；

• 要使用的攝像頭索引。如果只有一個攝像頭或者用哪個攝像頭也無所謂，那使用引數-1應該便可以。

---

這個函式用“從攝像頭獲取的視訊流“分配和初始化CvCapture結構。

1. 目前在Windows下可使用兩種介面：Video forWindows（VFW）和Matrox Imaging Library（MIL）；

2. Linux下也有兩種介面：V4L和FireWire（IEEE1394）。（現在不需要深入瞭解這個）

釋放這個結構，使用函式cvReleaseCapture。

接著，否則的話，我們這個程式會判定我們將使用下面這個功能：

讀取一段視訊(avi格式)並顯示出來；

我們選取引數中的第二個引數(avi視訊)讀取到capture變數裡。

接下來是一個魯棒性過濾：

 assert(capture != NULL);
//意為如果表示式為假，整個程式將推出，不再執行，如果表示式成立，則繼續執行。
​
//使用assert（）的缺點是，頻繁的呼叫會極大的影響程式的效能，增加額外的開銷。 

接下來我們要建立一個3通道影像變數（RGB影像）

  IplImage* frame;//建立變數
​
  frame = cvCreateImage(cvSize(640, 320), IPL_DEPTH_16U, 3);
//寬為640,高為360，影像畫素的位深度為16位無符號整數的影像
//儘管在一般IPL影像格式中可以以非交叉的方式儲存，並且一些OpenCV可以處理它，但此函式只能建立交叉儲存的影像。

函式cvCreateImage建立影像首地址，並分配儲存空間。

IplImage* cvCreateImage(CvSize cvSize(int width, int height), int depth, int channels);

接下來進入迴圈

攝像頭或者檔案中抓取並解壓返回這一幀

   frame = cvQueryFrame(capture); 

這個函式：

 IplImage* cvQueryFrame( CvCapture* capture ); 

這個函式僅僅是函式cvGrabFrame和函式cvRetrieveFrame在一起呼叫的組合。

返回的影像不可以被使用者釋放或者修改。

抓取後，capture被指向下一幀，可用cvSetCaptureProperty調整capture到合適的幀。

如果影像儲存空間沒有批下來，則退出迴圈；

 if (!frame)、
      break;

批下來了，就展示出來視訊的一幀frame

  cvShowImage("testcamera", frame); 

下面是退出程式的控制程式；

    char c=cvWaitKey(33);
    if (c==27)//27ms
      break;
  }
  cvReleaseCapture(&capture);
  cvDestroyWindow("testcamera");
  return 0;

03-4 編譯執行結果

# 編譯
g++ testopencv_camera.cpp -o first `pkg-config --libs --cflags opencv` -ldl
#執行
./first
#就可以看到電腦攝像頭顯示的"視訊"