第 1 章

图像的读取、显示与保存

本章共 5 个小节 · OpenCV 入门基础

OpenCV 的全名是 Open Source Computer Vision Library，这一章将从 OpenCV 最基础的认识图像说起。本章将讲解下列知识：

读取图像
显示图像
保存图像
认识图像的属性

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建议阅读书籍

这本书主要是讲解使用 Python 搭配 OpenCV 模块，完整讲解图像处理至 AI 视觉的知识，建议读者要有 Python 基础知识。同时 OpenCV 是使用 Numpy 模块的数组概念处理图像的文件，所以也建议要有 Numpy 的基础知识。

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程序导入 OpenCV 模块

在使用 OpenCV 前，需要安装 OpenCV，读者可以参考附录 A。设计程序前需要使用下列方式导入 OpenCV 模块。

import cv2

1-2

读取图像文件

1-2-1 图像读取 imread() 的语法

OpenCV 读取图像文件是使用 imread() 函数，此函数的语法如下：

image = cv2.imread(path, flag) # 返回的 image 是图像对象

上述 imread() 函数有返回值 image，所返回的是读取到的对象。如果读取失败，则返回值是 None，常见的错误是图像对象名称或路径错误。
第 1 个参数 path 是指含路径的图像文件，如果省略路径就是指目前工作的文件夹。
第 2 个参数 flag 是可选参数，可以称是图像旗标，这是命名常量主要是说明读取图像文件的类型。如果有省略，表示依原图像格式读取。

命名常量	值	说明
`IMREAD_UNCHANGED`	-1	依原图像读取图像，保留 alpha 透明度通道
`IMREAD_GRAYSCALE`	0	将图像转为灰度再读取
`IMREAD_COLOR`	1	将图像转为三通道 BGR 彩色再读取
`IMREAD_ANYDEPTH`	2	当图像有 16 位或 32 位时，返回相对应深度的图像。否则，将图像转为 8 位
`IMREAD_ANYCOLOR`	4	以所有可能的颜色读取图像
`IMREAD_LOAD_GDAL`	8	使用 GDAL 驱动程序读取图像
`IMREAD_REDUCED_GRAYSCALE_2`	16	将图像转为灰度，同时缩小至原先的 1/2
`IMREAD_REDUCED_COLOR_2`	17	将图像转为三通道 BGR 彩色，同时缩小至原先的 1/2
`IMREAD_IGNORE_ORIENTATION`	128	不以 EXIF 方向旋转图像

注引用上述常量时左边需要加上 cv2，例如：cv2.IMREAD_GRAYSCALE。

程序示例 ch1_1.py：观察读取文件的返回值

# ch1_1.py
import cv2

img1 = cv2.imread("jk.jpg")              # 读取图像
print(f"成功读取 : {type(img1)}")
img2 = cv2.imread("none.jpg")            # 读取图像
print(f"读取失败 : {type(img2)}")

执行结果

成功读取 : <class 'numpy.ndarray'>
读取失败 : <class 'NoneType'>

1-2-2 可读取的图像格式

OpenCV 的 cv2.imread() 可以读取的常见图像格式有下列几种：

Windows 的位图：*.bmp
JPEG 格式图：*.jpg、*.jpeg、*.jpe
TIFF 格式图：*.tiff、*.tif
PNG 格式图：PNG 是 Portable Network Graphics 的缩写，*.png

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显示图像与关闭图像窗口

OpenCV 有提供几个与显示图像有关的函数，下列将一一解说。

1-3-1 使用 OpenCV 显示图像

OpenCV 可以使用 cv2.imshow() 将读取的图像对象显示在 OpenCV 窗口内，此函数的使用格式如下：

cv2.imshow(window_name, image)

window_name：是未来要显示的窗口标题名称。
image：是指要显示的图像对象。

上述 imshow() 函数实际上是执行下列 2 个步骤：

创建标题是 window_name 的窗口，所创建的窗口无法更改大小。
将 image 图像对象在 window_name 窗口显示。

程序示例 ch1_2.py：显示图像

# ch1_2.py
import cv2

img = cv2.imread("jk.jpg")                # 读取图像
cv2.imshow("MyPicture", img)             # 显示图像

执行结果

运行后打开的 MyPicture 窗口，显示 jk.jpg 图像。按右上方的关闭钮可关闭窗口。

1-3-2 关闭 OpenCV 窗口

将图像显示在 OpenCV 窗口后，若是想删除窗口可以使用下列函数。

cv2.destroyWindow(window_name) # 删除单一所指定的窗口 cv2.destroyAllWindows() # 删除所有 OpenCV 的图像窗口

程序示例 ch1_3.py：图像闪一下随即关闭的应用

# ch1_3.py
import cv2

img = cv2.imread("jk.jpg")                # 读取图像
cv2.imshow("MyPicture", img)             # 显示图像
cv2.destroyWindow("MyPicture")         # 关闭窗口

执行结果

图像闪一下随即关闭。上述第 5 行显示图像，第 6 行是关闭图像，所以造成图像闪一下随即关闭。

1-3-3 等待按键的事件

OpenCV 的 cv2.waitKey() 函数会等待按键事件，语法如下：

ret_key = cv2.waitKey(delay)

ret_key：是返回值，如果在指定时间没有按下键盘的键，则返回值是 -1。如果有按下键盘的键，则返回值是按键的 ASCII 码。常见的键盘按键对应的 ASCII 码值如下：
Enter：13 Esc：27 Backspace：8 Space：32
delay：单位是毫秒，每 1000 毫秒等于 1 秒。

使用 OpenCV 显示图像时可以使用 cv2.waitKey(delay) 设置图像显示的时间，或是在显示时间内按键盘的任意键，也可以让 cv2.waitKey() 函数执行结束。若是 delay=0 或是省略，代表无限期等待。若是设为 delay=1000 相当于有等待 1 秒的效果。

程序示例 ch1_4.py：让图像持续显示，直到按下右上方的关闭钮

# ch1_4.py
import cv2

img = cv2.imread("jk.jpg")                # 读取图像
cv2.imshow("MyPicture", img)             # 显示图像
ret_value = cv2.waitKey(0)             # 无限等待
cv2.destroyWindow("MyPicture")         # 关闭窗口

程序示例 ch1_5.py：让图像显示 5 秒或是有键盘按键发生

# ch1_5.py
import cv2

img = cv2.imread("jk.jpg")                # 读取图像
cv2.imshow("MyPicture", img)             # 显示图像
ret_value = cv2.waitKey(5000)          # 等待 5 秒
cv2.destroyWindow("MyPicture")         # 关闭窗口
print(f"ret_value = {ret_value}")

执行结果

等待 5 秒没有按键发生：ret_value = -1
直接按键盘 e 的结果：ret_value = 101

左图为等待 5 秒无按键的结果 ret_value = -1；右图为直接按 e 键的结果 ret_value = 101（e 的 ASCII 码）。截图见原书第 1-6 页。

注意

按键检测前建议将输入法切换至英文 (ENG)，否则 ret_value 值可能会对应到中文输入法状态。

如果输入是一般键盘键，可以使用 ret_value == ord(key) 判断是否是按了特定的键盘字符。

程序示例 ch1_5_1.py：让图像持续显示，直到按下键盘的 q 或 Q 键

# ch1_5_1.py
import cv2

img = cv2.imread("jk.jpg")                # 读取图像
cv2.imshow("MyPicture", img)             # 显示图像
ret_value = cv2.waitKey(0)             # 无限等待
if ret_value == ord('Q') or ret_value == ord('q'):
    cv2.destroyWindow("MyPicture")     # 关闭窗口

1-3-4 创建 OpenCV 图像窗口

使用 OpenCV 的 imshow() 函数显示图像时，默认系统会创建一个图像窗口，这个默认所创建的图像窗口，窗口大小是固定，无法更改。不过 OpenCV 也有提供 namedWindow() 创建未来要显示图像的窗口，它的语法如下：

cv2.namedWindow(window_name, flag)

window_name：是未来要显示的窗口名称。
flag：是指窗口旗标参数，可能值如下：
WINDOW_NORMAL：如果设置，用户可以自行调整窗口大小。
WINDOW_AUTOSIZE：系统将依图像调整窗口大小，用户无法调整窗口大小，这是默认。
WINDOW_OPENGL：将以 OpenGL 支持方式打开窗口。

程序示例 ch1_6.py：以彩色和灰度显示图像的应用

# ch1_6.py
import cv2
cv2.namedWindow("MyPicture1")                          # 使用默认
cv2.namedWindow("MyPicture2", cv2.WINDOW_NORMAL)       # 可以调整大小
img1 = cv2.imread("jk.jpg")                             # 彩色读取
img2 = cv2.imread("jk.jpg", cv2.IMREAD_GRAYSCALE)      # 灰色读取
cv2.imshow("MyPicture1", img1)                          # 显示图像 img1
cv2.imshow("MyPicture2", img2)                          # 显示图像 img2
cv2.waitKey(3000)                                       # 等待 3 秒
cv2.destroyWindow("MyPicture1")                        # 删除 MyPicture1
cv2.waitKey(8000)                                       # 等待 8 秒
cv2.destroyAllWindows()                                 # 删除所有窗口

执行结果

同时显示两个窗口：左侧 MyPicture1 为彩色（默认大小，不可调整），右侧 MyPicture2 为灰度（WINDOW_NORMAL，可调整大小）。

上述程序第 6 行，cv2.IMREAD_GRAYSCALE 也可以使用 0 代替，读者可以参考 ch1_6_1.py，可以获得一样的结果。

img2 = cv2.imread("jk.jpg", 0) # 灰色读取

1-4

保存图像

OpenCV 可以使用 imwrite() 保存图像，它的使用语法如下：

ret = cv2.imwrite(path, image)

第 1 个参数 path 是保存保存结果的图像文件名称，此名称含路径，如果省略路径就是指目前工作的文件夹。此外，除了可以使用相同的图像格式保存外，也可以使用不同的图像格式保存图像文件，例如：jpg、tiff、png … 等。
第 2 个参数 image 是要保存的图像对象。

如果保存图像成功会返回 True，否则返回 False。

程序示例 ch1_7.py：将 jk.jpg 保存成 out1_7_1.tiff 和 out1_7_2.png

# ch1_7.py
import cv2
cv2.namedWindow("MyPicture")                      # 使用默认
img = cv2.imread("jk.jpg")                         # 彩色读取
cv2.imshow("MyPicture", img)                       # 显示图像 img
ret = cv2.imwrite("out1_7_1.tiff", img)           # 将文件写入 out1_7_1.tiff
if ret:
    print("保存文件成功")
else:
    print("保存文件失败")
ret = cv2.imwrite("out1_7_2.png", img)            # 将文件写入 out1_7_2.png
if ret:
    print("保存文件成功")
else:
    print("保存文件失败")
cv2.waitKey(3000)                                  # 等待 3 秒
cv2.destroyAllWindows()                            # 删除所有窗口

执行结果

保存文件成功
保存文件成功

运行后在 ch1 文件夹可以看到新产生的 out1_7_1.tiff 和 out1_7_2.png 两个图像文件。

习题

1：分别以彩色和灰度读取自己的图像，在屏幕显示，同时以下列方式保存。

用 jk_color.bmp 文件名称：彩色保存。
用 jk_gray.bmp 文件名称：灰度保存。

参考效果：左侧 Color 彩色窗口，右侧 Gray 灰度窗口。截图见原书第 1-10 页。

第 2 章认识图像表示方法