1.2 图像处理基本操作

在图像处理过程中，读取图像、显示图像、保存图像是最基本的操作。本节将简单介绍这几项基本操作。

1.2.1 读取图像

OpenCV提供了函数cv2.imread()来读取图像，该函数支持各种静态图像格式。该函数的语法格式为：

        retval = cv2.imread( filename[, flags] )

式中：

● retval是返回值，其值是读取到的图像。如果未读取到图像，则返回“None”。

● filename表示要读取的图像的完整文件名。

● flags是读取标记。该标记用来控制读取文件的类型，具体如表1-1所示。表1-1中的第一列参数与第三列数值是等价的。例如cv2.IMREAD_UNCHANGED=-1，在设置参数时，既可以使用第一列的参数值，也可以采用第三列的数值。

函数cv2.imread()能够读取多种不同类型的图像，具体如表1-2所示。

例如，想要读取当前目录下文件名为lena.bmp的图像，并保持按照原有格式读入，则使用的语句为：

        lena=cv2.imread("lena.bmp", -1)

需要注意，上述程序要想正确运行，首先需要导入cv2模块，大多数常用的OpenCV函数都在cv2模块内。与cv2模块所对应的cv模块代表传统版本的模块。这里的cv2模块并不代表该模块是专门针对OpenCV 2版本的，而是指该模块引入了一个改善的API接口。在cv2模块内部采用了面向对象的编程方式，而在cv模块内更多采用的是面向过程的编程方式。

本书中所使用的模块函数都是cv2模块函数，为了方便理解，在函数名前面加了“cv2.”。但是如果函数名出现在标题中，那么希望突出的是该函数本身，所以未加“cv2.”。

【例1.1】使用cv2.imread()函数读取一幅图像。

根据题目要求，编写代码如下：

        import cv2
        lena=cv2.imread("lenacolor.png")
        print(lena)

上述程序首先会读取当前目录下的图像lena.bmp，然后使用print语句打印读取的图像数据。运行上述程序后，会输出图像的部分像素值，如图1-2所示。

1.2.2 显示图像

OpenCV提供了多个与显示有关的函数，下面对常用的几个进行简单介绍。

1.namedWindow函数

函数cv2.namedWindow()用来创建指定名称的窗口，其语法格式为：

        None = cv2.namedWindow( winname )

式中，winname是要创建的窗口的名称。

例如，下列语句会创建一个名为lesson的窗口：

        cv2.namedWindow(“lesson”)

2.imshow函数

函数cv2.imshow()用来显示图像，其语法格式为：

        None = cv2.imshow( winname, mat )

式中：

● winname是窗口名称。

● mat是要显示的图像。

【例1.2】

在一个窗口内显示读取的图像。

根据题目要求，编写代码如下：

        import cv2
        lena=cv2.imread("lena.bmp")
        cv2.namedWindow("lesson")
        cv2.imshow("lesson", lena )

在本程序中，首先通过cv2.imread()函数读取图像lena.bmp，接下来通过cv2.namedWindow()函数创建一个名为lesson的窗口，最后通过cv2.imshow()函数在窗口lesson内显示图像lena.bmp。

运行上述程序，得到的运行结果如图1-3所示。

在实际使用中，可以先通过函数cv2.namedWindow()来创建一个窗口，再让函数cv2.imshow()引用该窗口来显示图像。也可以不创建窗口，直接使用函数cv2.imshow()引用一个并不存在的窗口，并在其中显示指定图像，这样函数cv2.imshow()实际上会完成如下两步操作。

第1步：函数cv2.imshow()创建一个指定名称的新窗口。

第2步：函数cv2.imshow()将图像显示在刚创建的窗口内。

例如，在下面的语句中，函数cv2.imshow()完成了创建demo窗口和显示image图像的操作，该语句的功能与例1.2相同。

        import cv2
        lena=cv2.imread("lena.bmp")
        cv2.imshow("demo", lena )

在显示图像时，初学者最经常遇到的一个错误是“error: (-215:Assertion failed) size.width>0&& size.height>0 in function 'cv::imshow'”，说明当前要显示的图像是空的（None），这通常是由于在读取文件时没有找到图像文件造成的。一般来说，没有找到要读取的图像文件，可能是因为文件名错误；如果确认要读取的图像的完整文件名（路径名和文件名）没有错，那么往往是工作路径配置错误造成的。

例如，当前程序所在路径为e:\lesson，要读取当前路径下存在的图像image\lena.bmp。那么：

● 如果设置的当前工作路径是e:\lesson，程序就会读取当前工作路径下的文件image\lena.bmp，该文件的完整文件名就是e:\lesson\ image\lena.bmp。正是我们想要读取的指定文件。

● 如果设置的当前工作路径不是e:\lesson，例如，当前的工作路径是e:\python，程序仍然会读取当前工作路径下的文件image\lena.bmp（而不是读取当前程序所在路径下的image\lena.bmp），该文件的完整文件名就是e:\python\ image\lena.bmp。显然，这样是无法读取到指定图像的。

为了避免上述错误，可以在读取图像前判断图像文件是否存在，并在显示图像前判断图像是否存在。

3.waitKey函数

函数cv2.waitKey()用来等待按键，当用户按下键盘后，该语句会被执行，并获取返回值。其语法格式为：

        retval = cv2.waitKey( [delay] )

式中：

● retval表示返回值。如果没有按键被按下，则返回-1；如果有按键被按下，则返回该按键的ASCII码。

● delay表示等待键盘触发的时间，单位是ms。当该值是负数或者零时，表示无限等待。该值默认为0。

在实际使用中，可以通过函数cv2.waitKey()获取按下的按键，并针对不同的键做出不同的反应，从而实现交互功能。例如，如果按下A键，则关闭窗口；如果按下B键，则生成一个窗口副本。

下面通过一个示例演示如何通过函数cv2.waitKey()实现交互功能。

【例1.3】在一个窗口内显示图像，并针对按下的不同按键做出不同的反应。

函数cv2.waitKey()能够获取按键的ASCII码。例如，如果该函数的返回值为97，表示按下了键盘上的字母a键。通过将返回值与ASCII码值进行比较，就可以确定是否按下了某个特定的键。例如，通过语句“返回值==97”就可以判断是否按下了字母a键。

Python提供了函数ord()，用来获取字符的ASCII码值。因此，在判断是否按下了某个特定的按键时，可以先使用ord()函数获取该特定字符的ASCII码值，再将该值与cv2.waitKey()函数的返回值进行比较，从而确定是否按下了某个特定的键。这样，在程序设计中就不需要ASCII值的直接参与了，从而避免了使用ASCII进行比较可能带来的不便。例如，要判断是否按下了字母A键，可以直接使用“返回值==ord('A')”语句来完成。

根据题目要求及以上分析，编写代码如下：

        import cv2
        lena=cv2.imread("lena.bmp")
        cv2.imshow("demo", lena )
        key=cv2.waitKey()
        if key==ord('A'):
            cv2.imshow("PressA", lena)
        elif key==ord('B'):
            cv2.imshow("PressB", lena)

运行上述程序，按下键盘上的A键或者B键，会在一个新的窗口内显示图像lena.bmp，它们的不同之处在于：

● 如果按下的是键盘上的A键，则新出现的窗口名称为PressA，如图1-4的左图所示。

● 如果按下的是键盘上的B键，则新出现的窗口名称为PressB，如图1-4的右图所示。

从另外一个角度理解，该函数还能够让程序实现暂停功能。当程序运行到该语句时，会按照参数delay的设定等待特定时长。根据该值的不同，可能有不同的情况：

● 如果参数delay的值为0，则程序会一直等待。直到有按下键盘按键的事件发生时，才会执行后续程序。

● 如果参数delay的值为一个正数，则在这段时间内，程序等待按下键盘按键。当有按下键盘按键的事件发生时，就继续执行后续程序语句；如果在delay参数所指定的时间内一直没有这样的事件发生，则超过等待时间后，继续执行后续的程序语句。

【例1.4】在一个窗口内显示图像，用函数cv2.waitKey()实现程序暂停，在按下键盘的按键后让程序继续运行。

根据题目要求，编写代码如下：

        import cv2
        lena=cv2.imread("lena.bmp")
        cv2.imshow("demo", lena )
        key=cv2.waitKey()
        if key! =-1:
              print("触发了按键")

运行上述程序，首先会在一个名为demo的窗口内显示lena.bmp图像。在未按下键盘上的按键时，程序没有新的状态出现；当按下键盘上的任意一个按键后，会在控制台打印“触发了按键”。

在本例中，由于cv2.waitKey()函数的参数值是默认值0，所以在未按下键盘上的按键时，程序会一直处于暂停状态。当按下键盘上的任意一个按键时，程序中key=cv2.waitKey()下方的语句便得以执行，程序输出“触发了按键”。

4.destroyWindow函数

函数cv2.destroyWindow()用来释放（销毁）指定窗口，其语法格式为：

        None = cv2.destroyWindow( winname )

其中，winname是窗口的名称。

在实际使用中，该函数通常与函数cv2.waitKey()组合实现窗口的释放。

【例1.5】编写一个程序，演示如何使用函数cv2.destroyWindow()释放窗口。

根据题目要求，编写代码如下：

        import cv2
        lena=cv2.imread("lena.bmp")
        cv2.imshow("demo", lena )
        cv2.waitKey()
        cv2.destroyWindow("demo")

运行上述程序，首先会在一个名为demo的窗口内显示lena.bmp图像。在程序运行的过程中，当未按下键盘上的按键时，程序没有新的状态出现；当按下键盘上的任意一个按键后，窗口demo会被释放。

5.destroyAllWindows函数

函数cv2.destroyAllWindows()用来释放（销毁）所有窗口，其语法格式为：

        None = cv2.destroyAllWindows( )

【例1.6】编写一个程序，演示如何使用函数cv2.destroyAllWindows()释放所有窗口。

根据题目要求，编写代码如下：

        import cv2
        lena=cv2.imread("lena.bmp")
        cv2.imshow("demo1", lena )
        cv2.imshow("demo2", lena )
        cv2.waitKey()
        cv2.destroyAllWindows()

运行上述程序，会分别出现名称为demo1和demo2的窗口，在两个窗口中显示的都是lena.bmp图像。在未按下键盘上的按键时，程序没有新的状态出现；当按下键盘上的任意一个按键后，两个窗口都会被释放。

1.2.3 保存图像

OpenCV提供了函数cv2.imwrite()，用来保存图像，该函数的语法格式为：

        retval = cv2.imwrite( filename, img[, params] )

式中：

● retval是返回值。如果保存成功，则返回逻辑值真（True）；如果保存不成功，则返回逻辑值假（False）。

● filename是要保存的目标文件的完整路径名，包含文件扩展名。

● img是被保存图像的名称。

● params是保存类型参数，是可选的。

【例1.7】编写一个程序，将读取的图像保存到当前目录下。

根据题目要求，编写代码如下：

        import cv2
        lena=cv2.imread("lena.bmp")
        r=cv2.imwrite("result.bmp", lena)

上述程序会先读取当前目录下的图像lena.bmp，生成它的一个副本图像，然后将该图像以名称result.bmp存储到当前目录下。