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第五节：图像基本操作-图像读取、显示与保存

ai 2025/5/10 2:54:44

一、OpenCV简介与环境配置

OpenCV（Open Source Computer Vision Library）是一个开源的计算机视觉库，自1999年由Intel发起以来，已成为图像处理领域的行业标准。它支持C++、Python、Java等多种编程语言，本文将以Python语言为例演示基础操作。

1.1 安装OpenCV

Python环境下安装命令：

pip install opencv-python

验证安装：

import cv2
print(cv2.__version__)  # 应输出4.x.x版本号

1.2 开发环境准备

推荐使用以下组合：

Python 3.8+
Jupyter Notebook或PyCharm
NumPy库（OpenCV依赖）

二、图像读取操作

2.1 基本读取方法

import cv2# 读取图像文件
img = cv2.imread("image.jpg")

注意事项：

文件路径需正确（建议使用绝对路径）
支持格式：JPEG、PNG、BMP等20+种格式
失败时返回None，不会报错

2.2 读取模式参数

# 读取为灰度图像
gray_img = cv2.imread("image.jpg", cv2.IMREAD_GRAYSCALE)# 包含Alpha通道（透明层）
img_with_alpha = cv2.imread("image.png", cv2.IMREAD_UNCHANGED)

常用模式参数：

参数	值	说明
IMREAD_COLOR	1	默认BGR三通道（非RGB！）
IMREAD_GRAYSCALE	0	单通道灰度图
IMREAD_UNCHANGED	-1	包含Alpha通道

2.3 异常处理实践

import systry:img = cv2.imread("image.jpg")if img is None:raise FileNotFoundError
except:print("图像读取失败！")sys.exit()

三、图像显示技术

3.1 基础显示方法

cv2.imshow("Image Window", img)
cv2.waitKey(0)  # 等待任意按键
cv2.destroyAllWindows()

关键要点：

窗口名称需唯一
waitKey()控制显示时长（毫秒）
必须调用destroyAllWindows()释放资源

3.2 多窗口显示

cv2.imshow("Original", img)
cv2.imshow("Grayscale", gray_img)
cv2.waitKey(3000)  # 显示3秒
cv2.destroyAllWindows()

3.3 窗口控制技巧

调整窗口尺寸：

cv2.namedWindow("Resizable", cv2.WINDOW_NORMAL)
cv2.resizeWindow("Resizable", 800, 600)
cv2.imshow("Resizable", img)

四、图像保存操作

4.1 基本保存方法

cv2.imwrite("output.jpg", img)

4.2 格式参数详解

JPEG质量参数（0-100）：

cv2.imwrite("high_quality.jpg", img, [cv2.IMWRITE_JPEG_QUALITY, 95])

PNG压缩级别（0-9）：

cv2.imwrite("compressed.png", img, [cv2.IMWRITE_PNG_COMPRESSION, 5])

4.3 格式转换示例

BGR转RGB保存：

rgb_img = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
cv2.imwrite("rgb_format.jpg", rgb_img)

五、综合应用实例

5.1 完整流程示例

import cv2# 读取图像
img = cv2.imread("input.jpg")# 转换为灰度图
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)# 显示双视图
cv2.imshow("Original", img)
cv2.imshow("Grayscale", gray)
cv2.waitKey(2000)# 保存结果
cv2.imwrite("gray_output.jpg", gray)
cv2.destroyAllWindows()

5.2 图像属性获取

print("图像尺寸：", img.shape)  # (height, width, channels)
print("数据类型：", img.dtype)  # uint8
print("像素总数：", img.size)

六、常见问题解决方案

6.1 路径错误问题

典型报错：

img = cv2.imread("错误路径/image.jpg")
# 无报错但返回None

解决方案：

import os
print(os.path.exists("image.jpg"))  # 验证路径

6.2 窗口闪退问题

现象：窗口瞬间关闭
解决方法：

cv2.waitKey(5000)  # 延长显示时间
# 或使用带事件循环的结构

七、核心原理剖析

7.1 图像存储原理

三通道BGR排列（非RGB）
存储结构：Height × Width × Channels
数据类型：uint8（0-255）

7.2 颜色空间差异

OpenCV默认使用BGR的历史原因：

早期Camera厂商的常用格式

与RGB排列顺序不同需特别注意

八、扩展应用方向

8.1 视频流处理基础

cap = cv2.VideoCapture(0)  # 打开摄像头while True:ret, frame = cap.read()cv2.imshow("Live", frame)if cv2.waitKey(1) == ord('q'):breakcap.release()
cv2.destroyAllWindows()