[OpenCV基礎][Python]OpenCV影像的基礎介紹

OpenCV（Open Source Computer Vision Library）是一個開源的計算機視覺和影像處理庫，它提供了豐富的功能和工具，可用於開發各種視覺應用程式。

OpenCV最初是用C++編寫的，但它也提供了Python、Java等多種程式語言的接口，方便不同語言的開發者使用。

OpenCV影像基礎介紹

1. 影像的表示：
2. • OpenCV中的影像是以NumPy陣列的形式表示的，可以是二維（灰度影像）或三維（彩色影像）。對於彩色影像，通常使用BGR通道，即藍色（Blue）、綠色（Green）、紅色（Red）。
2. 色彩通道：
3. • 彩色影像中，每個像素都有三個色彩通道，分別對應著紅、綠、藍三個顏色。
   • OpenCV使用BGR順序，這表示像素的數據順序為藍色值、綠色值和紅色值。
3. 影像坐標系：
4. • 影像是以NumPy的多維陣列（ndarray）形式表示的。
   • 陣列的維度是 (rows, columns)，其中 rows 表示影像的高度，columns 表示影像的寬度。
   • 透過座標 (y, x) 或 (row, column) 來訪問它的值，通常我們習慣使用 (x, y) 表示座標。

程式範例

使用OpenCV和NumPy創建一個大小為160x280灰度影像，然後顯示圖像。

import cv2
import numpy as np
 
height = 160                # 影像高
width = 280                 # 影像寬
# 建立GRAY影像陣列
image = np.zeros((height, width), np.uint8)
cv2.imshow("image", image)  # 顯示影像

cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

1. import cv2：這是引入OpenCV庫的語句。
2. import numpy as np：這是引入NumPy庫的語句，通常使用 np 作為別名。
3. height = 160 和 width = 280：這兩行代碼定義了影像的高度和寬度。
4. image = np.zeros((height, width), np.uint8)：這一行創建了一個高度為160，寬度為280的灰度影像。np.zeros 函數創建一個全為零的NumPy陣列，並指定了影像的型別為 np.uint8（8位元的無符號整數，範圍為0到255）。
5. cv2.imshow("image", image)：這一行使用OpenCV的 cv2.imshow 函數顯示影像。第一個參數是視窗的名稱，第二個參數是要顯示的影像。
6. cv2.waitKey(0)：這一行等待用戶按下任意按鍵。0 表示無限等待，直到按下按鍵為止。
7. cv2.destroyAllWindows()：這一行用於關閉所有打開的視窗。

程式輸出圖

在影像的坐標系中跟常見的笛卡兒坐標系不同，(0, 0)是從左上角開始，沒有負值。

笛卡爾坐標系

我們印出圖像的資訊看看長什麼樣子吧。

image.shape : 查看圖像形狀。

形狀為160x280灰度影像，這個陣列的所有元素都是 0，這表示整個影像是全黑的。

在灰階影像中，數值0為黑色，數值255為白色。

print(f'image size {image.shape}')
print(image)

圖像資訊

使用 NumPy 的 np.linspace 函數來創建一個漸變從黑到白的灰度影像。

使用 np.linspace(0, 255, width, dtype=np.uint8) 來創建一個灰度值的漸變，然後使用 np.tile 將這個漸變複製到整個影像的高度。

# 創建灰度漸變影像
gradient_image = np.linspace(0, 255, width, dtype=np.uint8)
gradient_image = np.tile(gradient_image, (height, 1))

最後呈現由黑到白的灰度影像，來理解圖像資訊的數值 0~255的概念。

從黑到白的灰度影像

先有OpenCV影像的基礎，才會對後續的應用有更深的理解