OpenCV copyTo、clone、“=”与拷贝构造函数的区别

淡淡的烟草味﹌ 2022-07-12 17:45 161阅读 0赞

opencv中为矩阵复制提供了copyTo函数、clone函数、重载运算符和拷贝构造函数，用法非常简单：

Mat srcimage = imread("1.jpg");
    	  Mat firstimage,secondimage,thirdimage;
    	  
    	  srcimage.copyTo(firstimage);
    	  
    	  secondimage = srcimage.clone();
    	  
    	  thirdimage = srcimage;
    	  
    	  Mat  fourthimage(srcimage);

但是在他们四者间存在着较大的区别，我们先写个简单的代码测试一下：

Mat srcimage = imread("2.jpg");
    	  Mat firstimage,secondimage,thirdimage;
    
    	  double t1 = (double)getTickCount();
    	   srcimage.copyTo(firstimage);
    	  t1 = (double)getTickCount() - t1;
    
    	  double t2 = (double)getTickCount();
    	  secondimage = srcimage.clone();
    	  t2 = (double)getTickCount() - t2;
    
    	  double t3 = (double)getTickCount();
    	  thirdimage = srcimage;
    	  t3 = (double)getTickCount() - t3;
    
    	  double t4 = (double)getTickCount();
    	  Mat  fourthimage(srcimage);
    	  t4 = (double)getTickCount() - t4;
    	
          printf("copyTo  execution time = %lfms\n", t1*1000. / getTickFrequency());
    	  printf("clone  execution time = %lfms\n", t2*1000. / getTickFrequency());
    	  printf(" =  execution time = %lfms\n", t3*1000. / getTickFrequency());
    	  printf(" 构造函数  execution time = %lfms\n", t4*1000. / getTickFrequency());
    	  getchar();

为了让效果明显，选择了一张很大的图片，这样图片的尺寸是3120\*4160，实验结果如下：

![这里写图片描述][9fa0a6535631a6d1c51fe96f5ae15bc8.png]

我们可以看到，copyTo函数、clone函数占用时间差不多，但是“= ”运算符与拷贝构造函数用的时间却非常少，这是为什么呢？

造成这样的情况的原因是因为Mat的数据类型以及它的数据组成造成的。

**Mat类**

在opencv 2.x之前，OpenCV基于 C 语言接口而建。为了在内存（memory）中存放图像，当时采用名为 IplImage 的C语言结构体作为基本的图像容器。但是该方式有一个极大的弊端就是要手动内存管理，其依据是用户要为开辟和销毁内存负责。虽然对于小型的程序来说手动管理内存不是问题，但一旦代码开始变得越来越庞大，你需要越来越多地纠缠于这个问题，而不是着力解决你的开发目标。  
之后，新的Mat类型代替了之前的IplImage，这次改变也带来了Opencv最强大的数据类型—Mat。\*\*Mat 是一个类，由两个数据部分组成：矩阵头（包含矩阵尺寸，存储方法，存储地址等信息）和一个指向存储所有像素值的矩阵（根据所选存储方法的不同矩阵可以是不同的维数）的指针。\*\*矩阵头的尺寸是常数值，但矩阵本身的尺寸会依图像的不同而不同，通常比矩阵头的尺寸大数个数量级。因此，当在程序中传递图像并创建拷贝时，大的开销是由矩阵造成的，而不是信息头。所以，除非有必要，否则我们不应该拷贝大的图像，因为这会降低程序速度。  
**为了搞定这个问题，OpenCV使用引用计数机制。其思路是让每个 Mat 对象有自己的信息头，但共享同一个矩阵。这通过让矩阵指针指向同一地址而实现。而拷贝构造函数则 只拷贝信息头和矩阵指针 ，而不拷贝矩阵。但某些时候你仍会想拷贝矩阵本身(不只是信息头和矩阵指针)，这时可以使用函数 clone() 或者 copyTo() 。**

从上面的话我们可以看到，copyTo函数、clone函数拷贝的不仅仅是信息头，还有矩阵本身，而“= ”运算符与拷贝构造函数仅仅拷贝了信息头，他们指向的其实是一个矩阵，也就是在上的程序中，我们改变srcimage ，thirdimage和fourthimage中的任何一个，另外两个也会跟着变化，我们再改一下代码测试一下（为了屏幕能放下，我们把图片换一下）：

Mat srcimage = imread("1.jpg");
    	  Mat firstimage,secondimage,thirdimage;
    	  imshow("result1",srcimage);
    
    	   double t1 = (double)getTickCount();
    	   srcimage.copyTo(firstimage);
    	   Point center = Point(55,55);  
    	   int r = 10;  
    	   circle(firstimage,center,r,Scalar(0,0,255),-1);  
    	   t1 = (double)getTickCount() - t1;
    	   imshow("result2",firstimage);
    
    	  double t2 = (double)getTickCount();
    	  secondimage = srcimage.clone();
    	  t2 = (double)getTickCount() - t2;
    
    	  double t3 = (double)getTickCount();
    	  thirdimage = srcimage;
    	  t3 = (double)getTickCount() - t3;
    
    	  double t4 = (double)getTickCount();
    	  Mat  fourthimage(srcimage);
    	  t4 = (double)getTickCount() - t4;
    	
    	  Point a = Point (0,0);  
    	  Point b = Point (thirdimage.cols,thirdimage.rows);  
    	  line(thirdimage,a,b,Scalar(255,0,0));  
    
          printf("copyTo  execution time = %lfms\n", t1*1000. / getTickFrequency());
    	  printf("clone  execution time = %lfms\n", t2*1000. / getTickFrequency());
    	  printf(" =  execution time = %lfms\n", t3*1000. / getTickFrequency());
    	  printf(" 构造函数  execution time = %lfms\n", t4*1000. / getTickFrequency());
    
    	  imshow("result3",srcimage);
    	  waitKey(0);
    	  getchar();

可以看到，在原图刚刚读入的时候，显示了窗口result1，此时显示的就是读入的图片，firstimage是由srcimage通过copyTo的方法拷贝的，我们把firstimage画一个圆，然后用result2窗口显示，thirdimage是由srcimage通过“=”运算符拷贝的，我们将thirdimage画个线，**并用result3再一次显示srcimage**，然后我们可以看到，result3中srcimage已经变了，变成了和thirdimage一样的效果，说明之前的说法是正确的，他们共有了同一个矩阵。

![这里写图片描述][aa8341c710566d44eab7c0c213d61aa8.png]

![这里写图片描述][10fd2baf0c7e8402f6f8efefab80d955.png]

![这里写图片描述][43ba939874b246ec48a2d93079070e43.png]

[9fa0a6535631a6d1c51fe96f5ae15bc8.png]: /images/20220709/7297ef71c29045c2af533e029bc873e6.png
[aa8341c710566d44eab7c0c213d61aa8.png]: /images/20220709/f02d5f561a0e4b28ae39bdb79b8e72cf.png
[10fd2baf0c7e8402f6f8efefab80d955.png]: /images/20220709/369867840e574400a1bb1e7ae8897f6b.png
[43ba939874b246ec48a2d93079070e43.png]: /images/20220709/f1f1d9a486ba485a8b177574d75fb889.png