第2章Python與OpenCV運(yùn)行環(huán)境2目錄2.1Python環(huán)境配置2.22.3OpenCV環(huán)境配置OpenCV視覺(jué)庫(kù)模塊功能計(jì)算機(jī)視覺(jué)

2.1Python語(yǔ)言計(jì)算機(jī)視覺(jué)

單擊編輯標(biāo)題Python是一門(mén)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言?！艚Y(jié)合了解釋性、編譯性、互動(dòng)性和面向?qū)ο蟮母邔哟斡?jì)算機(jī)編程語(yǔ)言；◆1989年荷蘭Guido發(fā)明了一種面向?qū)ο蟮慕忉屝途幊陶Z(yǔ)言開(kāi)放源代碼；◆python設(shè)計(jì)哲學(xué)：優(yōu)雅、明確、簡(jiǎn)潔。計(jì)算機(jī)視覺(jué)

一、基本概念◆Python解釋器是將python源碼高級(jí)語(yǔ)言解析為二進(jìn)制機(jī)器語(yǔ)言的工具。通常說(shuō)安裝python就是指安轉(zhuǎn)python解釋器。計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆正如在電腦上編輯文檔需要用Word、處理數(shù)據(jù)需要用Excel、做演示文稿需要用PPT、修圖需要用PS一樣，編寫(xiě)代碼也需要特定的工具。而這個(gè)用來(lái)編寫(xiě)代碼的工具就叫做編輯器。Python的編輯器有很多，有Python解釋器自帶的IDLE、基于iPython的JupyterNotebook、也有如PyCharm、Spyder、WingIDE等主要針對(duì)Python代碼編輯的編輯器;還有很多編輯器，如SublimeText、vSCode、Vim等適合各種編程語(yǔ)言的編輯器?！鬚ython最大的優(yōu)點(diǎn)之一就在于其豐富的庫(kù),pip(packageinstallerforPython)就是庫(kù)管理工具，通過(guò)pip就可以安裝、卸載、更新眾多的庫(kù)。Pythonpip，pip(最大的優(yōu)點(diǎn)之一就在于其豐富的庫(kù)的包安裝程序)就是庫(kù)管理工具，通過(guò)pip就可以安裝、卸載、更新眾多的庫(kù)?！舭惭bpython涉及到python解釋器、代碼編輯器和pip包管理工具者3個(gè)工具計(jì)算機(jī)視覺(jué)

二、Python解釋器版本◆Python2已停止更新的最高版本是Python2.7；◆推薦選擇Python3的較新版本；◆尋找Python3的教程和代碼；◆舊的Python2.7的代碼轉(zhuǎn)換成3的版本：運(yùn)用第三方工具（Python2.x和Python3.x不兼容）。一般說(shuō)的安裝Python就是指安裝Python解釋器，因此Python解釋器必須安裝。目前，Python有兩個(gè)流行的版本Python2和Python3。三、安裝Python解釋器+第三方編輯器Pycharm計(jì)算機(jī)視覺(jué)

在Windows上安裝Python解釋器?！鬚ython安裝包下載地址：/downloads/◆選擇Python3.9.x的版本，點(diǎn)擊Download計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆點(diǎn)進(jìn)去之后，滾動(dòng)到下面，選擇Windowsinstaller(64-bit)的版本◆這也是官方推薦（Recommended）的◆說(shuō)明：以Windowsx86-64開(kāi)頭的是64位的Python安裝程序，目前主流◆步驟4：點(diǎn)擊前面的Version超鏈接下載計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆勾選AddPython3.9toPATH，這樣可以將Python命令工具所在目錄添加到系統(tǒng)Path環(huán)境變量中，以后開(kāi)發(fā)程序或者運(yùn)行Python命令會(huì)非常方便◆選擇自定義安裝◆Python支持兩種安裝方式，默認(rèn)安裝和自定義安裝：默認(rèn)安裝會(huì)勾選所有組件，并安裝在C盤(pán)；自定義安裝可以手動(dòng)選擇要安裝的組件，并安裝到其它盤(pán)符。計(jì)算機(jī)視覺(jué)

計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆選擇好你常用的安裝目錄，點(diǎn)擊“Install”，等待幾分鐘就可以完成安裝計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆安裝完成以后，打開(kāi)Windows的命令行程序（命令提示符），在窗口中輸入python命令（注意字母p是小寫(xiě)的），如果出現(xiàn)Python的版本信息，并看到命令提示符>>>，就說(shuō)明安裝成功了計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆運(yùn)行python命令啟動(dòng)的是python交互式編程環(huán)境，我們可以在>>>后面輸入代碼，并立即看到執(zhí)行結(jié)果◆按下Ctrl+Z快捷鍵，或者輸exit()命令即可退出交互式編程環(huán)境，回到Windows命令行程序計(jì)算機(jī)視覺(jué)

Python解釋器3.4以后的版本自帶pip包管理工具，且自帶代碼編輯器IDLE，因此安裝了3.4之后的版本的解釋器就相當(dāng)于安裝了3個(gè)工具?！鬒DLE的全稱(chēng)是IntegratedDevelopmentandLearningEnvironment是Python自帶的集成開(kāi)發(fā)和學(xué)習(xí)環(huán)境◆Windows開(kāi)始◆搜索IDLE◆打開(kāi)窗口計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，通常不能只包含一行代碼，當(dāng)需要編寫(xiě)多行代碼時(shí)，可以單獨(dú)創(chuàng)建一個(gè)文件保存這些代碼，在全部編寫(xiě)完成后一起執(zhí)行◆

File->NewFile”菜單項(xiàng)，將打開(kāi)一個(gè)新窗口，在該窗口中，可以直接編寫(xiě)Python代碼◆py是Python文件的擴(kuò)展名◆在菜單欄中選擇“Run->RunModule”菜單項(xiàng)計(jì)算機(jī)視覺(jué)

但是，由于Python解釋器自帶的IDLE不好使用，只適合少量代碼編輯。因此，一般會(huì)再安裝一個(gè)第三方的編輯器，如pycharm，vscode等。PyCharm安裝，

PyCharm是由JetBrains開(kāi)發(fā)的IDE◆

Python安裝包下載地址：/products.html◆

選擇PyCharm進(jìn)入計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆PyCharm有兩個(gè)版本◆

專(zhuān)業(yè)版（收費(fèi)）Professional◆

社區(qū)版（免費(fèi)）Community◆

社區(qū)版功能上少一點(diǎn)，不過(guò)我們學(xué)習(xí)足夠了計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆選中下載下來(lái)的文件，點(diǎn)擊右鍵◆

選擇“以管理員身份運(yùn)行計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆

可以保持默認(rèn)的安裝目錄◆

如果需要更改，點(diǎn)擊Browse選擇一個(gè)自己喜歡的安裝位置◆

點(diǎn)擊Next計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆

勾選CreateDesktopShortcut創(chuàng)建一個(gè)桌面快捷方式，其他的選項(xiàng)可以忽略不選◆點(diǎn)擊Next計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆安裝完畢后，可以不直接RunPyCharm◆

等一會(huì)用桌面的快捷方式圖標(biāo)運(yùn)行◆

點(diǎn)擊Finish計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆

桌面上的快捷方式點(diǎn)擊右鍵◆

選擇“以管理員身份運(yùn)行計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆

Customize是個(gè)性化IDE的界面◆

可以調(diào)節(jié)字號(hào)大小◆

顯示界面的顏色（黑色或白色）計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆新建工程Project◆

為新工程起名pythonProject001◆

設(shè)定解釋器interpreter計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆點(diǎn)擊右鍵New◆

新建PythonFile計(jì)算機(jī)視覺(jué)

◆輸入測(cè)試程序◆運(yùn)行查看結(jié)果計(jì)算機(jī)視覺(jué)

四、安裝anaconda+第三方編輯器Pycharm◆anaconda有兩個(gè)好處，一是集成了很多常用的，尤其是和數(shù)據(jù)分析相關(guān)的第三方庫(kù)以及python3.7版本解釋器以及很多編輯器（如jupyter、Spyder等)﹔二是可以創(chuàng)建虛擬環(huán)境，兼容python2.x和python3.x，因此更加方便，因此很多人會(huì)選擇安裝anaconda(安裝anaconda就不用按照第上面方法操作了)，只要安裝了anaconda，也就相當(dāng)于集齊了安裝python需要的3個(gè)工具，而且更多?！魹槭裁催€要安裝pycharm呢(只要安裝了anaconda，完全可以不安裝pycharm)，只是因?yàn)閍naconda雖然有很多編輯器〈(如jupyter、Spyder等)，但是pycharm是專(zhuān)門(mén)針對(duì)python的，非常方便，行業(yè)應(yīng)用多，因此，作為長(zhǎng)期學(xué)習(xí)工作考慮，有必要安裝學(xué)習(xí)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)

安裝Anaconda官網(wǎng)下載地址：（選擇Windows64bit）https:///products/individual

計(jì)算機(jī)視覺(jué)

雙擊下載好的exe文件進(jìn)行安裝，點(diǎn)擊next,點(diǎn)擊iagree，選擇justforme點(diǎn)擊next，點(diǎn)擊browse選擇安裝目錄，勾選紅色框點(diǎn)擊install等待完成，點(diǎn)擊next，點(diǎn)擊skip，取消兩個(gè)勾選框點(diǎn)擊finish；計(jì)算機(jī)視覺(jué)

按win+R,輸入cmd進(jìn)入終端，輸入python，如果出現(xiàn)Python版本信息說(shuō)明安裝成功（如果看不到嘗試先進(jìn)入安裝目錄在輸入python）。計(jì)算機(jī)視覺(jué)

在計(jì)算機(jī)視覺(jué)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)中，OpenCV（OpenSourceComputerVisionLibrary）作為最大眾的開(kāi)源庫(kù)，擁有了豐富的常用圖像處理函數(shù)庫(kù)，采用C/C++語(yǔ)言編寫(xiě)，可以運(yùn)行在Linux、Windows、Mac等操作系統(tǒng)上，能夠快速的實(shí)現(xiàn)一些圖像處理和識(shí)別的任務(wù)。此外，OpenCV還提供了java、python、cuda等的使用接口、機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)算法調(diào)用，從而使得圖像處理和圖像分析變得更加易于上手，讓開(kāi)發(fā)人員更多的精力花在算法的設(shè)計(jì)上。2.2OpenCV視覺(jué)庫(kù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)

OpenCV的應(yīng)用領(lǐng)域OpenCV是一個(gè)用于圖像處理、分析、機(jī)器視覺(jué)方面的開(kāi)源函數(shù)庫(kù)，該庫(kù)也包含了比較常用的一些機(jī)器學(xué)習(xí)算法?；蛟S，很多人知道圖像識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)在安防領(lǐng)域有所應(yīng)用。但很少有人知道，在航拍圖片、街道圖片（例如googlestreetview)中，要嚴(yán)重依賴(lài)于機(jī)器視覺(jué)的攝像頭標(biāo)定、圖像融合等技術(shù)。近年來(lái)，在入侵檢測(cè)、特定目標(biāo)跟蹤、目標(biāo)檢測(cè)、人臉檢測(cè)、人臉識(shí)別、人臉跟蹤等領(lǐng)域，OpenCV可謂大顯身手，而這些，僅僅是其應(yīng)用的冰山一角。如今，來(lái)自世界各地的各大公司、科研機(jī)構(gòu)的研究人員，共同維護(hù)支持著OpenCV的開(kāi)源庫(kù)開(kāi)發(fā)。這些公司和機(jī)構(gòu)包括:微軟，IBM,索尼、西門(mén)子、google、intel、斯坦福、MIT、CMU、劍橋。計(jì)算機(jī)視覺(jué)

計(jì)算機(jī)視覺(jué)

OpenCV-python安裝前面安裝好anaconda后，可以在anaconda下創(chuàng)建一個(gè)opencv-python環(huán)境首先，打開(kāi)anacondanavigator,然后創(chuàng)建一個(gè)環(huán)境來(lái)放opencv-python。先點(diǎn)擊下面的create，然后創(chuàng)建一個(gè)新環(huán)境。2.2OpenCV視覺(jué)庫(kù)計(jì)算機(jī)視覺(jué)

選擇python版本，這里選擇的是Python3.6。也可以根據(jù)需要和習(xí)慣來(lái)選擇合適的python版本。環(huán)境名字可以自己命名，但是盡量寫(xiě)自己能看懂的...這里已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)叫opencv-python的環(huán)境，為了演示，這里創(chuàng)建一個(gè)叫Pytorch_envs的環(huán)境。然后會(huì)自動(dòng)開(kāi)始下載一些相關(guān)包。計(jì)算機(jī)視覺(jué)

之后，打開(kāi)anacondaprompt。先激活環(huán)境:activateopenCV(這里打開(kāi)的是已經(jīng)創(chuàng)建好的openCV環(huán)境，前面只做過(guò)程講解)完成到這一步代表OpenCV環(huán)境框架搭建完成計(jì)算機(jī)視覺(jué)

安裝numpy：pipinstallnumpy安裝OpenCV-Python：pipinstallopencv-python安裝imutils：pip

installimutils安裝scipy：pipinstallscipy安裝完opencv-python后命令行打開(kāi)python交互式環(huán)境：importcv2成功，便說(shuō)明成功安裝了opencv-python計(jì)算機(jī)視覺(jué)

2.3OpenCV視覺(jué)庫(kù)模塊OpenCV的CV模塊包含基本的圖像處理函數(shù)和高級(jí)的計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法。ML是機(jī)器學(xué)習(xí)庫(kù)，包含一些基于統(tǒng)計(jì)的分類(lèi)和聚類(lèi)工具。HighGUI包含圖像和視頻輸入/輸出的函數(shù)。CXCore包含OpenCV的一些基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和相關(guān)函數(shù)。計(jì)算機(jī)視覺(jué)

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OpenCV圖像基本操作1.圖像的讀、寫(xiě)、顯示（1）圖像讀取cv2.imread(文件名,顯示控制參數(shù))，第一個(gè)參數(shù)是圖像文件名，第二個(gè)參數(shù)是要告訴函數(shù)應(yīng)該如何讀取這幅圖像。cv2.IMREAD_COLOR：讀入一副彩色圖像，圖像的透明度會(huì)被忽略，這是默認(rèn)參數(shù)。cv2.IMREAD_GRAYSCALE：以灰度模式讀入圖像。（2）圖像顯示dWindow(窗口名)，創(chuàng)建指定名稱(chēng)的窗口。cv2.imshow(窗口名,圖像名)，在指定的窗口顯示圖像。cv2.destroyWindow(窗口名)，刪除指定窗口。cv2.destroyAllWindow()，刪除所有窗口。cv2.waitKey([delay])，鍵盤(pán)綁定函數(shù)，當(dāng)decay＞0時(shí)，等待delay毫秒；當(dāng)decay＜0時(shí)，等待鍵盤(pán)單擊；當(dāng)decay=0時(shí)，無(wú)限等待。計(jì)算機(jī)視覺(jué)

#OpenCV讀入圖像，matplotlib顯示importcv2ascvfrommatplotlibimportpyplotaspltimg=cv.imread("D:\opencv\lenna.jpg")b,g,r=cv.split(img)img2=cv.merge([r,g,b])plt.subplot(121),plt.imshow(img),plt.xticks([]),plt.yticks([])plt.subplot(122),plt.imshow(img2),plt.xticks([]),plt.yticks([])plt.show()(a)未經(jīng)通道變換(b)經(jīng)過(guò)通道變換計(jì)算機(jī)視覺(jué)

（3）圖像保存cv2.imwrite(文件名,圖像名)，第一個(gè)參數(shù)是保存的文件名，第二個(gè)參數(shù)是要保存的圖像。圖像讀、顯示、寫(xiě)示例#OpenCV圖像讀取、顯示和保存importcv2img=cv2.imread('D:/opencv/bird.jpg')dWindow("Image")cv2.imshow("Image",img)cv2.waitKey(0)cv2.destroyAllWindows()cv2.imwrite('D:\\opencv\\bird2.jpg',img)

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2圖像幾何變換（1）圖像的平移平移對(duì)應(yīng)的齊次坐標(biāo)矩陣表示形式為：以圖像沿x方向移動(dòng)100像素、y方向移動(dòng)50像素為例，實(shí)現(xiàn)程序如下：。#圖像平移importcv2importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltimg=cv2.imread('D:/opencv/flower.jpg')M=np.float32([[1,0,100],[0,1,50]])#變換矩陣rows,cols=img.shape[:2]#warpAffine有三個(gè)參數(shù)，原始圖像、變換矩陣、變換后的圖像大小res=cv2.warpAffine(img,M,(rows,cols))b,g,r=cv2.split(img)img=cv2.merge([r,g,b])b,g,r=cv2.split(res)res=cv2.merge([r,g,b])plt.subplot(121)plt.imshow(img)plt.subplot(122)plt.imshow(res)plt.show()

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（2）圖像的縮放對(duì)應(yīng)的齊次坐標(biāo)矩陣表示形式為：圖像的擴(kuò)大與縮小有專(zhuān)門(mén)函數(shù)，cv2.resize()在函數(shù)cv2.resize()中，有幾種不同的插值（interpolation）方法可供選擇，在縮小時(shí)推薦cv2.INTER_ARER方法，擴(kuò)大時(shí)推薦cv2.INTER_CUBIC和cv2.INTER_LINEAR方法，默認(rèn)情況下采用cv2.INTER_LINEAR方法。以圖像寬度不變、高度放大一倍為例，縮放程序示例如下：#圖像縮放importnumpyasnpimportcv2ascvfrommatplotlibimportpyplotaspltimg=cv.imread("D:/opencv/flower.jpg")height,width=img.shape[:2]Scaling_img=cv.resize(img,(1*width,2*height),interpolation=cv.INTER_CUBIC)dWindow("Image")cv.imshow('Scalingimage',Scaling_img)cv.imshow('Imputimage',img)cv.waitKey(0)cv.destroyAllWindows()

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（3）圖像的旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的齊次坐標(biāo)矩陣表示形式為：cv2.getRotationMatrix2D()，用來(lái)獲得旋轉(zhuǎn)變換矩陣。這個(gè)函數(shù)需要三個(gè)參數(shù)，旋轉(zhuǎn)中心，旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)后圖像的縮放比例。以圖像旋轉(zhuǎn)45度為例，實(shí)現(xiàn)程序如下：#圖像旋轉(zhuǎn)importcv2importnumpyasnpimportmatplotlib.pyplotaspltimg=cv2.imread('D:/opencv/flower.jpg')rows,cols=img.shape[:2]#獲得旋轉(zhuǎn)變換矩陣M，參數(shù)一是旋轉(zhuǎn)中心，參數(shù)二旋轉(zhuǎn)角度，參數(shù)三縮放比例M=cv2.getRotationMatrix2D((cols/2,rows/2),45,1)#獲得M后，調(diào)用cv2.warpAffine函數(shù)得到旋轉(zhuǎn)后的圖像res=cv2.warpAffine(img,M,(cols,rows))b,g,r=cv2.split(img)img=cv2.merge([r,g,b])b,g,r=cv2.split(res)res=cv2.merge([r,g,b])plt.subplot(121),plt.imshow(img)plt.subplot(122),plt.imshow(res)plt.show()計(jì)算機(jī)視覺(jué)

（4）圖像的翻轉(zhuǎn)垂直（以X軸為對(duì)稱(chēng)軸）翻轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)的齊次坐標(biāo)矩陣表示形式為OpenCV中提供了函數(shù)cv2.flip(src,flipCode)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的翻轉(zhuǎn)，scr為原圖像，flipCode為翻轉(zhuǎn)代碼：flipCode=0，以X軸為對(duì)稱(chēng)軸翻轉(zhuǎn)；flipCode＞0，以Y軸為對(duì)稱(chēng)軸翻轉(zhuǎn)；flipCode＜0，同時(shí)沿X、Y軸翻轉(zhuǎn)。水平、垂直、水平垂直翻轉(zhuǎn)示例#圖像翻轉(zhuǎn)importcv2importnumpyasnpfrommatplotlibimportpyplotaspltimage=cv2.imread('D:/opencv/flower.jpg')#FlippedHorizontally水平翻轉(zhuǎn)h_flip=cv2.flip(image,1)#FlippedVertically垂直翻轉(zhuǎn)v_flip=cv2.flip(image,0)#FlippedHorizontally&Vertically水平垂直翻轉(zhuǎn)hv_flip=cv2.flip(image,-1)plt.figure(figsize=(8,8))plt.subplot(221),plt.imshow(image[:,:,::-1]),plt.title('original')plt.subplot(222),plt.imshow(h_flip[:,:,::-1]),plt.title('horizontalflip')plt.subplot(223),plt.imshow(v_flip[:,:,::-1]),plt.title('verticalflip')plt.subplot(224),plt.imshow(hv_flip[:,:,::-1]),plt.title('h_vflip')#調(diào)整子圖間距plt.subplots_adjust(top=0.9,bottom=0.2,left=0.10,right=0.95,hspace=0.4,wspace=0.05)plt.show()

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（5）圖像的剪裁取原圖像x方向100：350像素、y方向100：350像素的圖像，代碼如下#圖像剪裁importcv2ascvimportnumpyasnpimg=cv.imread("D:/opencv/flower.jpg")img2=img[100:350,100:350]cv.imshow('image',img2)cv.waitKey(0)

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（6）圖像的仿射圖像旋轉(zhuǎn)加上拉伸形成圖像仿射變換。仿射變換需要確定變換矩陣MOpenCV提供一種根據(jù)變換前后三個(gè)點(diǎn)(左上角,左下角,右上角)的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)自動(dòng)求解變換矩陣M的函數(shù)，M=cv2.getAffineTransform(pos1,pos2),參數(shù)pos1和pos2分別為變換前后三個(gè)點(diǎn)的位置。得到M