[OpenCV 개발] 02. Mat 이란? (1탄)

Class Mat

opencv에서 가장 기본이 되는 데이터 타입으로 행렬(Matrix) 구조체이다.

class CV_EXPORTS Mat
{
public:
    // ... a lot of methods ...
    ...

    /*! includes several bit-fields:
         - the magic signature
         - continuity flag
         - depth
         - number of channels
     */
    int flags;
    //! the array dimensionality, >= 2
    int dims;
    //! the number of rows and columns or (-1, -1) when the array has more than 2 dimensions
    int rows, cols;
    //! pointer to the data
    uchar* data;

    //! pointer to the reference counter;
    // when array points to user-allocated data, the pointer is NULL
    int* refcount;

    // other members
    ...
};

Mat 생성 방법

Mat 생성에는 아래와 같이 매우 다양한 함수들이 존재한다.

C++: Mat::Mat()
C++ : Mat::Mat(int rows, int cols, int type)
C++ : Mat::Mat(Size size, int type)
C++ : Mat::Mat(int rows, int cols, int type, const Scalar& s)
C++ : Mat::Mat(Size size, int type, const Scalar& s)
C++ : Mat::Mat(const Mat& m)
C++ : Mat::Mat(int rows, int cols, int type, void* data, size_t step = AUTO_STEP)
C++ : Mat::Mat(Size size, int type, void* data, size_t step = AUTO_STEP)
C++ : Mat::Mat(const Mat& m, const Range& rowRange, const Range& colRange = Range::all())
C++ : Mat::Mat(const Mat& m, const Rect& roi)
C++ : Mat::Mat(const CvMat* m, bool copyData = false)
C++ : Mat::Mat(const IplImage* img, bool copyData = false)

여기서 등장하는 Parameter 중 Type 에 대한 이해가 필요하다.

* Fixed Pixel Type

Mat의 Element가 어떤 타입의 데이터인지를 지정해준다.
Type의 종류로는 다음과 같다.

CV_8UC1 : 8 - bit unsigned integer : uchar(0..255)
CV_8SC1 : 8 - bit signed integer : schar(-128..127)
CV_16UC1 : 16 - bit unsigned integer : ushort(0..65535)
CV_16SC1 : 16 - bit signed integer : short(-32768..32767)
CV_32SC1 : 32 - bit signed integer : int(-2147483648..2147483647)
CV_32FC1 : 32 - bit floating - point number : float(-FLT_MAX..FLT_MAX, INF, NAN)
CV_64FC1 : 64 - bit floating - point number : double(-DBL_MAX..DBL_MAX, INF, NAN)

CV_8UC1 으로 살펴보면

• 8 : bit 단위로서 8bit를 의미
• U : unsigend의 약자, ( U : Unsinged, S : Signed, F : Floating )
• C1 : Channel의 약자이며 1채널을 의미한다. ( 1채널의 경우 C1 을 생략 가능하여 CV_8UC1 = CV_8U 와 같은 값을 지니게 된다. )

이해하기 쉽게 아래 코드를 보면서 알아보자.

imread(Stirng path) : 해당 경로에 있는 이미지 파일을 읽을 수 있다.
imshow(String title, InputArray mat) : 해당 타이틀 명으로 Mat 데이터를 읽어 표시한다. 즉, 위에서 읽어들인 이미지 파일을 보여준다.

Mat 의 정보

이미지를 읽어들여 해당 이미지에 대한 정보를 Mat 형태로 변환하여 이 값을 이용해 Mat에 대한 정보를 살펴보기로 하자. 우선 위에서 읽어들인 이미지 데이터가 들어있는 Mat image 의 정보를 확인해보자.

일반적으로 Color Image 하면 RGB로 구성되어 있다.
즉, RGB는 색상 값을 R,G,B 3개의 값으로 표현하며 Red (255, 0, 0) , Green (0, 255, 0) , Blue (0, 0, 255) 로 나타낼 수 있으며 각각의 범위는 0~255이다. 

그러나 opencv에서는 확실하진 않지만 이미지를 RGB 순서가 아닌 BGR 순서로 읽어들인다.
RGB 또는 BGR 각각 값의 범위는 0~255이며 즉, 2의 8승인 8bit 형태이다.

따라서 Mat image 의 data Type 은 CV_8UC3 이다. 

그렇다면 Mat image에는 어떤 값들이 어떻게 들어있는 것일까
carTest.jpg 라는 파일은 940 x 626 pixel 크기의 이미지이다. 이를 읽어들인 Mat image는 cols() = 940, rows() = 626 의 값이 들어있다.
즉, Mat image는 940 x 626 형태의 Matrix를 구성하며 각각의 픽셀 위치에 해당하는 BGR 값들이 할당되어 있다. 
( 예를들면 Mat image에서 320, 320 지점의 data value는 (122, 233 , 157 ) 이다. )

*Mat Type 참고 표 ( https://stackoverflow.com/questions/10167534/how-to-find-out-what-type-of-a-mat-object-is-with-mattype-in-opencv )

+--------+----+----+----+----+------+------+------+------+
|        | C1 | C2 | C3 | C4 | C(5) | C(6) | C(7) | C(8) |
+--------+----+----+----+----+------+------+------+------+
| CV_8U  |  0 |  8 | 16 | 24 |   32 |   40 |   48 |   56 |
| CV_8S  |  1 |  9 | 17 | 25 |   33 |   41 |   49 |   57 |
| CV_16U |  2 | 10 | 18 | 26 |   34 |   42 |   50 |   58 |
| CV_16S |  3 | 11 | 19 | 27 |   35 |   43 |   51 |   59 |
| CV_32S |  4 | 12 | 20 | 28 |   36 |   44 |   52 |   60 |
| CV_32F |  5 | 13 | 21 | 29 |   37 |   45 |   53 |   61 |
| CV_64F |  6 | 14 | 22 | 30 |   38 |   46 |   54 |   62 |
+--------+----+----+----+----+------+------+------+------+

즉, Mat image 각 픽셀에 BGR 컬러값이 들어있으며 해당 지점에 접근하여 그 값을 확인할 수 있다. 

Mat Data 접근 방법은 다음 글에서...