计算机视觉1->opencv4学习指南1 | 环境配置与例程

opencv虽然很有名，但是自己一直没怎么玩过，暑假的时候使用深度相机做项目，但负责的不是代码模块，也只是配好了环境，没有继续了解图像处理。最近电子实习老师有教这个东西，但是身边不少同学遇到了麻烦，所以在此总结了一下，汇总了一些我行之有效的教程和官方资料，并且附上了两个例程；方便ubuntu环境下的opencv新手快速上手。

00 opencv4.5.3

先放一个链接，当初在ubuntu1804上无痛配置好opencv4.5.3的环境，采用的是这个教程.

下面是我自己的总结，大家可以避免页面跳转。

00-1 安装相关软件包

1 sudo apt install  build-essential
2
3 sudo apt install cmake git libgtk2.0-dev pkg-config libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev
4
5 sudo apt install python-dev python-numpy libtbb2 libtbb-dev libjpeg-dev libpng-dev libtiff-dev libjasper-dev libdc1394-22-dev

如果第三个命令行无法定位软件包；

则

1 sudo apt install  build-essential
2
3 sudo apt install cmake git libgtk2.0-dev pkg-config libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev
4
5 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 的依赖包

00-2 源码下载

opencv官网下载：Releases - OpenCV

找到自己想要的版本，这里我使用的是4.5.3，暑假的时候还算比较新，现在已经out了。

下载成功后解压，解压到哪个文件夹都可以。

00-3 编译源码

采用cmake的编译方法对下载解压后的软件包进行编译。

进入解压出来的OpenCV-4.1.0文件夹，创建一个新文件夹，我创建的叫 build

进入新文件夹，打开终端，进入这个文件夹

执行命令

1 cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=Release -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/your_opencv_install_path
2 ​
3 sudo make
4 //为了快也可以直接 sudo make -j3并行编译
5 ​
6 sudo make install 

完成后，OpenCV 就安装好了，接下来要配置 OpenCV 的编译环境；

00-4 配置环境

首先将OpenCV的库添加到路径，从而可以让系统找到

打开opencv.conf ,打开后很可能是空白

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

在文末添加

 /usr/local/lib 

接下来配置 bash

 sudo gedit /etc/bash.bashrc  

在文末添加

1 PKG_CONFIG_PATH=$PKG_CONFIG_PATH:/usr/local/lib/pkgconfig
2 ​
3 export PKG_CONFIG_PATH  

保存后退出刷新(source)

1 source /etc/bash.bashrc
2
3 sudo updatedb 

配置完成。

01 测试安装成功

转到 opencv-4.5.3/sample/cpp/example_cmake 目录下，打开终端

运行如下命令：

1 cmake .
2 make
3 ./opencv_example

弹出该页面：

然后把电脑自带的摄像头打开，就会出现画面。说明安装、配置成功。

02 读取jpg并显示

02-1 工程建立

首先，在opencv4.5.3文件夹里建立一个我们学习用的文件夹，日后所有的学习项目都会放在这里，方便管理。

 mkdir opencv-learn 

然后，我们进入这个文件夹

 cd opencv-learn 

建立今天的第一个项目

1 mkdir learn1
2 cd learn1
3 touch DisplayImage.cpp

02-2 C++程序

编写我们读取jpg并显示的程序

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <opencv2/opencv.hpp>
 3 using namespace cv;
 4 int main(int argc, char** argv )
 5 {
 6     if ( argc != 2 )
 7     {
 8         printf("usage: DisplayImage.out <Image_Path>\n");
 9         return -1;
10     }
11     Mat image;
12     image = imread( argv[1], 1 );
13     if ( !image.data )
14     {
15         printf("No image data \n");
16         return -1;
17     }
18     namedWindow("Display Image", WINDOW_AUTOSIZE );
19     imshow("Display Image", image);
20     waitKey(0);
21     return 0;
22 } 

02-3 代码解析

opencv的代码风格与arduino很相似，函数很多，且名字与功能强相关，初入门的编程主要是函数的调用，不涉及复杂数据结构与算法。

前面的if-else是鲁棒性保证，感兴趣可以查一下argv与argc；这里代码的意思是如果命令行编译参数不是2，那么报错。

argv与argc简介如下：

这两个参数在使用命令行编译的时候有用。

1. argc 为整型，是命令行参数的个数；

2. argv 是字符串型，为字符串数组，数组成员意义如下：

   argv[0]指向程序名；

   argv[1]指向程序名后的第一个字符串；

   ...以此类推

---

接下来：

 Mat image;  

定义一个Mat格式的矩阵image用来存储下面会用到的图片。

  image = imread( argv[1], 1 ); 

把读取的图片信息，存进来。

  namedWindow("Display Image", WINDOW_AUTOSIZE );  

这里是指定展现处理后图片的视窗的名字

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

展示图片（会弹出一个视窗，名字是上面定义的名字）

int waitKey(int delay=0)的功能是不断刷新图片，频率由delay来衡量。

1. 在显示图片和视频时，会在imshow()时，通常在后面加上while(WaitKey(n)==key)，key为大于0的数即可，这样程序将在此处循环运行直到按键响应为key。

2. delay:为0时，则会一直显示这一帧，这在显示摄像头和视频时有用。这个参数用于设置在显示完一帧图像后程序等待“delay”ms后再显示下一帧图片。

3. 举几个例子

   1 if(waitKey(10)>=0)//是说10ms中按任意键进入if语句
   2
   3 while(waitKey(2)!=27)//表示不按Esc按键则一直在2ms后显示

02-4 CMakeLists.txt编写

A 内容

接下来我们采用CMakeLists.txt的形式进行编译。

这种形式可以避免引用库不全面而造成的未定义报错。//而这在opencv编程中是经常出现的。

因此CMakeLists.txt是一种很好的编译方式，值得学习。

1 touch CMakeLists.txt
2
3 gedit CMakeLists.txt

在弹出的页面

1     cmake_minimum_required(VERSION 2.8)
2     project( DisplayImage )
3     find_package( OpenCV REQUIRED )
4     add_executable( DisplayImage DisplayImage.cpp )
5     target_link_libraries( DisplayImage ${OpenCV_LIBS} )

B 解释

这里这些语句的意思是：

1.cmake_minimum_required，指定最小需要的版本。里面的内容也是与版本信息有关。

2.project，基本用法是：用于指定cmake工程的名字，比如此处就制定了当前工程的名字是DisplayImage

3.find_package

关于find_package：

当我们编译一个需要使用第三方库的程序时，我们需要知道的是：

目标	对照
去哪儿找头文件 .h	GCC的 -I 参数
去哪儿找库文件 (.so/.dll/.lib/.dylib/…)	GCC的 -L参数
需要链接的库文件的名字	GCC的 -l 参数

比如我们需要一个第三方库 curl，那么我们的 CMakeLists.txt 需要指定头文件目录，和库文件，类似：

1 include_directiories(/usr/include/curl)
2
3 target_link_libraries(myprogram path/curl.so)

而如果我们要借助cmake语法的功能，如果借助于cmake提供的finder会怎么样呢？使用cmake的Modules目录下的FindCURL.cmake，相应的CMakeList.txt 文件：

1 find_package(CURL REQUIRED)
2
3 include_directories(${CURL_INCLUDE_DIR})
4
5 target_link_libraries(curltest ${CURL_LIBRARY})

cmake是如何查找这些列出的第三方库的，在这里就不谈了

可以看出我们编写的CMakeList.txt这句的意思是OpenCV的依赖库的添加。

4.add_executable

使用指定的源文件来生成目标可执行文件。这里的目标可执行文件分为三类：

1. 普通可执行目标文件

2. 导入可执行目标文件

3. 别名可执行目标文件

分别对应的三种命令格式如下：

1 add_executable (<name> [WIN32] [MACOSX_BUNDLE]
2       [EXCLUDE_FROM_ALL]
3       [source1] [source2 ...])
4       
5 add_executable (<name> IMPORTED [GLOBAL])
6 ​
7 add_executable (<name> ALIAS <target>)

这里使用的是最简单的形式：

 1 #语法:add_executable(可执行程序名 要编译的cpp) 

5.target_link_libraries

该指令的作用为将目标文件与库文件进行链接。

这项的编写需要注意：库之间可能也存在着依赖关系，被依赖的库放在后面。

02-5 编译

编写完成后，我们编译这个项目：

1 cmake .
2
3 make

记得在项目里（与代码同文件夹下）放入我们要处理的图片(jpg)。

02-6 执行得到结果

然后我们执行

  ./DisplayImage TEST.jpg 

即可看到C++程序调用opencv处理后显示的图片，虽然在此例子中展示的是图片原貌。

在这个程序基础上可以实现灰度图等等。

03 使用电脑摄像头初步

03-1 工程建立

我们建立一个新的文件夹learn2并建立文件

1 mkdir learn2
2
3 cd learn2
4
5 touch testopencv_camera.cpp

03-2 C++程序

 1 //两个功能：如果直接运行程序./exe文件，就是打开电脑摄像头并显示；如果./exe avi视频，那会读取这个avi视频，并在窗口里显示出来。
 2 #include "opencv/highgui.h"
 3 #include "opencv/cv.h"
 4 using namespace std;
 5 using namespace cv;
 6
 7 int main(int argc, char** argv){
 8   cvNamedWindow("testcamera", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
 9   CvCapture* capture;
10   if (argc == 1){
11     capture=cvCaptureFromCAM(0);
12     printf("capture 0\n");
13   }
14   else {
15     capture = cvCreateFileCapture(argv[1]);
16     printf("capture argv1\n");
17   }
18   assert(capture != NULL);
19   IplImage* frame;
20   frame = cvCreateImage(cvSize(640, 320), IPL_DEPTH_16U, 3);
21   while(1){
22     frame = cvQueryFrame(capture);
23     if (!frame)
24       break;
25     cvShowImage("testcamera", frame);
26     char c=cvWaitKey(33);//显示间隔是33ms
27     if (c==27)////27ms内按下任意建进入if
28       break;
29   }
30   cvReleaseCapture(&capture);
31   cvDestroyWindow("testcamera");
32   return 0;
33 }
34 ​

03-3 代码解析

常规库、工作空间准备；

1 #include "opencv/highgui.h"
2 #include "opencv/cv.h"
3 using namespace std;
4 using namespace cv;

接下来，如果我们的命令行编译参数只有一个(argc==1)那么调用cvCaptureFromCAM()函数初始化CvCapture结构的 capture变量。

这是OpenCV库中的一个函数。

初始化从摄像头中获取的视频

 CvCapture* cvCaptureFromCAM( int index ); 

• index是个整数；

• 要使用的摄像头索引。如果只有一个摄像头或者用哪个摄像头也无所谓，那使用参数-1应该便可以。

---

这个函数用“从摄像头获取的视频流“分配和初始化CvCapture结构。

1. 目前在Windows下可使用两种接口：Video forWindows（VFW）和Matrox Imaging Library（MIL）；

2. Linux下也有两种接口：V4L和FireWire（IEEE1394）。（现在不需要深入了解这个）

释放这个结构，使用函数cvReleaseCapture。

接着，否则的话，我们这个程序会判定我们将使用下面这个功能：

读取一段视频(avi格式)并显示出来；

我们选取参数中的第二个参数(avi视频)读取到capture变量里。

接下来是一个鲁棒性过滤：

1  assert(capture != NULL);
2 //意为如果表达式为假，整个程序将推出，不再运行，如果表达式成立，则继续运行。
3 ​
4 //使用assert（）的缺点是，频繁的调用会极大的影响程序的性能，增加额外的开销。 

接下来我们要创建一个3通道图像变量（RGB图像）

1   IplImage* frame;//创建变量
2 ​
3   frame = cvCreateImage(cvSize(640, 320), IPL_DEPTH_16U, 3);
4 //宽为640,高为360，图像像素的位深度为16位无符号整数的图像
5 //尽管在一般IPL图像格式中可以以非交叉的方式存储，并且一些OpenCV可以处理它，但此函数只能创建交叉存储的图像。

函数cvCreateImage创建图像首地址，并分配存储空间。

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

接下来进入循环

摄像头或者文件中抓取并解压返回这一帧

   frame = cvQueryFrame(capture); 

这个函数：

 1 IplImage* cvQueryFrame( CvCapture* capture ); 

这个函数仅仅是函数cvGrabFrame和函数cvRetrieveFrame在一起调用的组合。

返回的图像不可以被用户释放或者修改。

抓取后，capture被指向下一帧，可用cvSetCaptureProperty调整capture到合适的帧。

如果图像存储空间没有批下来，则退出循环；

1  if (!frame)、
2       break;

批下来了，就展示出来视频的一帧frame

  cvShowImage("testcamera", frame); 

下面是退出程序的控制程序；

1     char c=cvWaitKey(33);
2     if (c==27)//27ms
3       break;
4   }
5   cvReleaseCapture(&capture);
6   cvDestroyWindow("testcamera");
7   return 0;

03-4 编译运行结果

1 # 编译
2 g++ testopencv_camera.cpp -o first `pkg-config --libs --cflags opencv` -ldl
3 #运行
4 ./first
5 #就可以看到电脑摄像头显示的"视频"