3.2.1　案例11：Mat數據結構介紹及C++調用

Mat數據結構是OpenCV中最重要的數據結構，是OpenCV中圖像最常用的存儲格式。Mat數據結構定義在頭文件"opencv2/core/mat.hpp"中。

如下為Mat類的定義：

此處展示Mat的構造函數，多數情況下使用默認構造函數，構造的矩陣可以被重新分配空間。圖像矩陣可以通過Mat構造函數構造，也可以通過Mat類的成員函數create構建。

如下為Mat構造的模板函數：

如下為Mat類的析構函數：

如下為Mat類重載的賦值運算符：

如下為Mat對象元素操作的函數：

如下為Mat對象變換的一些操作：

生成特定類型的矩陣，如全0矩陣、全1矩陣等：

如下為Mat對象創建函數：

如下為Mat對象的一些操作函數：

如下為返回Mat對象屬性（如矩陣的類型等）的函數：

如下函數返回矩陣指定行的指針：

如下函數返回對指定數組元素的引用：

如下函數完成與Mat矩陣迭代器相關的操作：

如下為Mat對象的成員函數：

如下為標準內存分配器：

Mat類中定義了多種Mat的構造析構方式，還有非常多的圖像矩陣操作，如圖像矩陣元素的增加與刪除，提取子矩陣，獲取圖像矩陣元素類型，獲取圖像矩陣深度、通道數、寬、高、元素數量，判斷圖像矩陣是否為空等。

本案例使用C++語言開發，對Mat對象的構造及一些常見操作做介紹，可以讓讀者對圖像存儲類型Mat有一個清晰的了解，3.2.2節案例將講解Python語言中Mat對象的操作。

使用Mat構造函數創建圖像矩陣的代碼如下：

本案例中選取了常用的3種Mat構造方式來創建圖像矩陣m1、m2、m3。其中，m1調用默認構造函數，創建的圖像矩陣為空；m2創建3×3的矩陣，并指定類型為CV_8U；m3創建512×512的矩陣，指定類型為CV_8U，并初始化初值為128。

執行后的打印信息如圖3.1所示。

CV_8U為創建的圖像矩陣的類型，該類型由宏定義，幾個常用的類型定義如下：

因此，m2 type的輸出結果為數值0。

圖像矩陣m3的顯示結果如圖3.2所示，由于其像素初值為128，所以為灰色。

Mat的構造函數有眾多的重載函數，讀者可以選取合適的方式構造。讀取圖像后，可以調用成員函數或成員變量獲取圖像的信息。

如下案例代碼用于讀取本地圖像文件，獲取圖像中的元素總量，圖像的寬（cols，列數）、高（rows，行數）、通道數、深度：

執行后的輸出結果如圖3.3所示。

如圖3.3所示，總的元素數量為寬和高的乘積，圖像的讀取方式為IMREAD_COLOR，該方式讀取的圖像為3通道的BGR彩色圖像，因此m4的通道數為3。

對于讀取的圖像m4，調用clone（）方法，拷貝一份給m5；也可以調用copyTo（）方法，將圖像數據拷貝給新的Mat對象：

在上面的案例代碼中，將m4的數據拷貝（clone）一份給m5，然后調用copyTo（）方法，將m5的數據拷貝給m6，m6的結果顯示如圖3.4所示。

Mat類的成員函數resize可以改變圖像的行數，代碼如下：

將m6圖像的行數變為原始圖像行數的1/2，變換后的結果如圖3.5所示。

實際上，很多讀者的需求是調整圖像的寬高尺寸，此時應該調用圖像處理模塊imgproc中的resize函數（第4章會詳細介紹該函數的使用方法），代碼如下：

在以上代碼中，首先創建Mat對象m7；然后調用resize函數，將m5圖像矩陣調整尺寸后存入m7中，調整后的m7圖像的尺寸為m5尺寸的1/2。resize函數執行后的結果如圖3.6所示。

有時需要對圖像矩陣中的元素進行操作，Mat類對象可以執行圖像元素的訪問操作：

在上面的代碼中，創建Mat對象m8并初始化，第一種遍歷方式為按行列遍歷m8并輸出元素值；第二種遍歷方式是獲取每一行的指針，然后使用指針訪問元素。

執行后的打印結果如圖3.7所示。