在MacOS和iOS系统中使用OpenCV
TH, 2012
前言
OpenCV 是一个开源的跨平台计算机视觉库，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。
最近试着在MacOS和iOS上使用OpenCV，发现网上关于在MacOS和iOS上搭建OpenCV的资料很少。好不容易搜到些资料，却发现由于OpenCV和XCode的版本更新，变得不再有用了。有些问题费了我很多时间，在此总结分享给大家，希望后来人少走些弯路。
可以预见到，随着XCode和OpenCV的版本更新，本文可能不再有效了。
所以特此注明，文本介绍的搭建方法仅针对于 XCode4.5.1 和 OpenCV 2.4.2版本。
（2013-6-22）更新: 我在XCode4.6.2 和 OpenCV 2.4.5版本的时候重新进行了一次环境搭建，以下内容做了相应调整，应该也是有效的。
MacOS系统中使用OpenCV
在Mac OS Lion中安装OpenCV
相信大部分Mac用户都安装了brew或port，如果你没有装，那么首先安装一下brew吧。使用如下命令安装brew:
ruby -e "$(curl -fsSkL raw.github.com/mxcl/homebrew/go)" |
在安装好brew后，只需要一条命令就可以安装OpenCV了：
通常情况下这样做就应该会安装成功，但我在公司和家里面的电脑尝试的时候，brew都会报一些错误，我遇到的都是一些小问题，按照brew的提示信息，解决掉相应的问题即可。
安装成功后，你应该可以在“/usr/local/include”目录下找到名为opencv和opencv2的目录，这里面是OpenCV相关的头文件。你也可以在“/usr/local/lib”目录下找到许多以libopencv_开头的.dylib文件，这些是OpenCV的链接库文件。
在Mac OS Mountain Lion中安装OpenCV
按照该教程，先用brew安装cmake.
去OpenCV官网下载Linux/Mac版的源码，将源码解压后，在控制台中切换到源码目录，执行如下操作：
# make a separate directory for building
mkdir build
cd build
cmake -G "Unix Makefiles" ..
# Now, we can make OpenCV. Type the following in:
make -j8
sudo make install |
上面的命令在执行时要注意，整个源码目录的路径不能带空格。否则编译会报错找不到一些文件。
安装成功后，你应该可以在“/usr/local/include”目录下找到名为opencv和opencv2的目录，这里面是OpenCV相关的头文件。你也可以在“/usr/local/lib”目录下找到许多以libopencv_开头的.dylib文件，这些是OpenCV的链接库文件。
在MacOS系统中使用OpenCV
接着我们可以试着在Xcode工程中使用OpenCV。
新建一个Cocoa Application的工程。工程建好后，选中工程的Target，在Build Settings一样，找到“Header Search Paths”这一个选项，将它的值改为“/usr/local/include”。
同样还需要设置的还有”Lib Search Paths”这一项，将它的值改为”/usr/local/lib/**“, 如下所示：
接着切换到Build Phases这个tab，在“Link Binary With Libraries”中，选项+号，然后将弹出的文件选择对话框目录切换到“/usr/local/lib”目录下，选择你需要使用的OpenCV链接库（通常情况下，你至少会需要core、highgui和imgproc库)，如下图所示（截图中的OpenCV版本号可能和你的有差别，但应该不影响）：
这里有一个技巧，因为 /usr 目录在对话框中默认不是可见的，可以按快捷键 command + shift + G，在弹出的“前往文件夹”对话框中输入 /usr/local/lib ，即可跳转到目标文件夹。如下图所示：
下一步是我自己试出来的，对于Lion操作系统，你需要在Build Settings中，将“C++ Language Dialect”设置成C++11，将“C++ Standard Library”设置成libstdc++ ，如下图所示。个人感觉是由于XCode默认设置的GNU++11、libc++与OpenCV库有一些兼容性问题，我在更改该设置前老是出现编译错误。后续版本在Montain Lion系统中解决了这个问题，不用进行这一步了。
把上面的设置都做好后，就可以在需要的使用OpenCV库的地方，加上opencv的头文件引用即可：
#import "opencv2/opencv.hpp" |
注意，如果你的源文件扩展名是.m的，你还需要改成.mm，这样编译器才知道你将会在该文件混合使用C++语言和Objective-C语言。
OpenCV处理图象需要的格式是cv::Mat类，而MacOS的图象格式默认是NSImage，所以你需要知道如何在cv::Mat与NSImage之前相互转换。如下是一个NSImage的Addition，你肯定会需要它的。该代码来自stackoverflow上的这个贴子。
NSImage+OpenCV.h 文件：
//
// NSImage+OpenCV.h
//
// Created by TangQiao on 12-10-26.
//
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "opencv2/opencv.hpp"
@interface NSImage (OpenCV)
+(NSImage*)imageWithCVMat:(const cv::Mat&)cvMat;
-(id)initWithCVMat:(const cv::Mat&)cvMat;
@property(nonatomic, readonly) cv::Mat CVMat;
@property(nonatomic, readonly) cv::Mat CVGrayscaleMat;
@end |
NSImage+OpenCV.mm文件：
//
// NSImage+OpenCV.mm
//
// Created by TangQiao on 12-10-26.
//
#import "NSImage+OpenCV.h"
static void ProviderReleaseDataNOP(void *info, const void *data, size_t size)
{
return;
}
@implementation NSImage (OpenCV)
-(CGImageRef)CGImage
{
CGContextRef bitmapCtx = CGBitmapContextCreate(NULL/*data - pass NULL to let CG allocate the memory*/,
[self size].width,
[self size].height,
8 /*bitsPerComponent*/,
0 /*bytesPerRow - CG will calculate it for you if it's allocating the data. This might get padded out a bit for better alignment*/,
[[NSColorSpace genericRGBColorSpace] CGColorSpace],
kCGBitmapByteOrder32Host|kCGImageAlphaPremultipliedFirst);
[NSGraphicsContext saveGraphicsState];
[NSGraphicsContext setCurrentContext:[NSGraphicsContext graphicsContextWithGraphicsPort:bitmapCtx flipped:NO]];
[self drawInRect:NSMakeRect(0,0, [self size].width, [self size].height) fromRect:NSZeroRect operation:NSCompositeCopy fraction:1.0];
[NSGraphicsContext restoreGraphicsState];
CGImageRef cgImage = CGBitmapContextCreateImage(bitmapCtx);
CGContextRelease(bitmapCtx);
return cgImage;
}
-(cv::Mat)CVMat
{
CGImageRef imageRef = [self CGImage];
CGColorSpaceRef colorSpace = CGImageGetColorSpace(imageRef);
CGFloat cols = self.size.width;
CGFloat rows = self.size.height;
cv::Mat cvMat(rows, cols, CV_8UC4); // 8 bits per component, 4 channels
CGContextRef contextRef = CGBitmapContextCreate(cvMat.data, // Pointer to backing data
cols, // Width of bitmap
rows, // Height of bitmap
8, // Bits per component
cvMat.step[0], // Bytes per row
colorSpace, // Colorspace
kCGImageAlphaNoneSkipLast |
kCGBitmapByteOrderDefault); // Bitmap info flags
CGContextDrawImage(contextRef, CGRectMake(0, 0, cols, rows), imageRef);
CGContextRelease(contextRef);
CGImageRelease(imageRef);
return cvMat;
}
-(cv::Mat)CVGrayscaleMat
{
CGImageRef imageRef = [self CGImage];
CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceGray();
CGFloat cols = self.size.width;
CGFloat rows = self.size.height;
cv::Mat cvMat = cv::Mat(rows, cols, CV_8UC1); // 8 bits per component, 1 channel
CGContextRef contextRef = CGBitmapContextCreate(cvMat.data, // Pointer to backing data
cols, // Width of bitmap
rows, // Height of bitmap
8, // Bits per component
cvMat.step[0], // Bytes per row
colorSpace, // Colorspace
kCGImageAlphaNone |
kCGBitmapByteOrderDefault); // Bitmap info flags
CGContextDrawImage(contextRef, CGRectMake(0, 0, cols, rows), imageRef);
CGContextRelease(contextRef);
CGColorSpaceRelease(colorSpace);
CGImageRelease(imageRef);
return cvMat;
}
+ (NSImage *)imageWithCVMat:(const cv::Mat&)cvMat
{
return [[[NSImage alloc] initWithCVMat:cvMat] autorelease];
}
- (id)initWithCVMat:(const cv::Mat&)cvMat
{
NSData *data = [NSData dataWithBytes:cvMat.data length:cvMat.elemSize() * cvMat.total()];
CGColorSpaceRef colorSpace;
if (cvMat.elemSize() == 1)
{
colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceGray();
}
else
{
colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
}
CGDataProviderRef provider = CGDataProviderCreateWithCFData((CFDataRef)data);
CGImageRef imageRef = CGImageCreate(cvMat.cols, // Width
cvMat.rows, // Height
8, // Bits per component
8 * cvMat.elemSize(), // Bits per pixel
cvMat.step[0], // Bytes per row
colorSpace, // Colorspace
kCGImageAlphaNone | kCGBitmapByteOrderDefault, // Bitmap info flags
provider, // CGDataProviderRef
NULL, // Decode
false, // Should interpolate
kCGRenderingIntentDefault); // Intent
NSBitmapImageRep *bitmapRep = [[NSBitmapImageRep alloc] initWithCGImage:imageRef];
NSImage *image = [[NSImage alloc] init];
[image addRepresentation:bitmapRep];
CGImageRelease(imageRef);
CGDataProviderRelease(provider);
CGColorSpaceRelease(colorSpace);
return image;
}
@end |
完成以上步骤后，恭喜你，你可以在源代码中自由地调用OpenCV的函数了。
在iOS系统中使用OpenCV
下载或编译opencv2.framework
接下来介绍如何在iOS程序中使用OpenCV。在iOS上使用最新的OpenCV库比较简单，进入opencv的官网，下载build好的名为opencv2.framework即可（下载地址）。
如果你比较喜欢折腾，也可以自行下载opencv的源码，在本地编译opencv2.framework。这里有官方网站的教程，步骤非常简单，不过我照着它的教程尝试了一下失败了。感觉还是XCode编译器与OpenCV代码的兼容性问题，所以就没有继续研究了。
在iOS程序中使用OpenCV
新建一个iOS工程，将opencv2.framework直接拖动到工程中。然后，你需要在Build Settings中，将“C++ Standard Library”设置成libstdc++。
因为opencv中的MIN宏和UIKit的MIN宏有冲突。所以需要在.pch文件中，先定义opencv的头文件，否则会有编译错误。将工程的.pch文件内容修改成如下所示：
#import <Availability.h>
#ifdef __cplusplus
#import <opencv2/opencv.hpp>
#endif
#ifdef __OBJC__
#import <UIKit/UIKit.h>
#import <Foundation/Foundation.h>
#endif |
把上面的设置都做好后，就可以在需要的使用OpenCV库的地方，加上opencv的头文件引用即可：
#import "opencv2/opencv.hpp" |
还是那句话，如果你的源文件扩展名是.m的，你还需要改成.mm，这样编译器才知道你将会在该文件中混合使用C++语言和Objective-C语言。
同样，iOS程序内部通常用UIImage表示图片，而OpenCV处理图象需要的格式是cv::Mat，你会需要下面这个Addition来在cv::Mat和UIImage格式之间相互转换。该代码来自aptogo的开源代码，他的版权信息在源码头文件中。
UIImage+OpenCV.h 文件：
//
// UIImage+OpenCV.h
// OpenCVClient
//
// Created by Robin Summerhill on 02/09/2011.
// Copyright 2011 Aptogo Limited. All rights reserved.
//
// Permission is given to use this source code file without charge in any
// project, commercial or otherwise, entirely at your risk, with the condition
// that any redistribution (in part or whole) of source code must retain
// this copyright and permission notice. Attribution in compiled projects is
// appreciated but not required.
//
#import <UIKit/UIKit.h>
@interface UIImage (UIImage_OpenCV)
+(UIImage *)imageWithCVMat:(const cv::Mat&)cvMat;
-(id)initWithCVMat:(const cv::Mat&)cvMat;
@property(nonatomic, readonly) cv::Mat CVMat;
@property(nonatomic, readonly) cv::Mat CVGrayscaleMat;
@end |
UIImage+OpenCV.mm 文件：
//
// UIImage+OpenCV.mm
// OpenCVClient
//
// Created by Robin Summerhill on 02/09/2011.
// Copyright 2011 Aptogo Limited. All rights reserved.
//
// Permission is given to use this source code file without charge in any
// project, commercial or otherwise, entirely at your risk, with the condition
// that any redistribution (in part or whole) of source code must retain
// this copyright and permission notice. Attribution in compiled projects is
// appreciated but not required.
//
#import "UIImage+OpenCV.h"
static void ProviderReleaseDataNOP(void *info, const void *data, size_t size)
{
// Do not release memory
return;
}
@implementation UIImage (UIImage_OpenCV)
-(cv::Mat)CVMat
{
CGColorSpaceRef colorSpace = CGImageGetColorSpace(self.CGImage);
CGFloat cols = self.size.width;
CGFloat rows = self.size.height;
cv::Mat cvMat(rows, cols, CV_8UC4); // 8 bits per component, 4 channels
CGContextRef contextRef = CGBitmapContextCreate(cvMat.data, // Pointer to backing data
cols, // Width of bitmap
rows, // Height of bitmap
8, // Bits per component
cvMat.step[0], // Bytes per row
colorSpace, // Colorspace
kCGImageAlphaNoneSkipLast |
kCGBitmapByteOrderDefault); // Bitmap info flags
CGContextDrawImage(contextRef, CGRectMake(0, 0, cols, rows), self.CGImage);
CGContextRelease(contextRef);
return cvMat;
}
-(cv::Mat)CVGrayscaleMat
{
CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceGray();
CGFloat cols = self.size.width;
CGFloat rows = self.size.height;
cv::Mat cvMat = cv::Mat(rows, cols, CV_8UC1); // 8 bits per component, 1 channel
CGContextRef contextRef = CGBitmapContextCreate(cvMat.data, // Pointer to backing data
cols, // Width of bitmap
rows, // Height of bitmap
8, // Bits per component
cvMat.step[0], // Bytes per row
colorSpace, // Colorspace
kCGImageAlphaNone |
kCGBitmapByteOrderDefault); // Bitmap info flags
CGContextDrawImage(contextRef, CGRectMake(0, 0, cols, rows), self.CGImage);
CGContextRelease(contextRef);
CGColorSpaceRelease(colorSpace);
return cvMat;
}
+ (UIImage *)imageWithCVMat:(const cv::Mat&)cvMat
{
return [[[UIImage alloc] initWithCVMat:cvMat] autorelease];
}
- (id)initWithCVMat:(const cv::Mat&)cvMat
{
NSData *data = [NSData dataWithBytes:cvMat.data length:cvMat.elemSize() * cvMat.total()];
CGColorSpaceRef colorSpace;
if (cvMat.elemSize() == 1)
{
colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceGray();
}
else
{
colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
}
CGDataProviderRef provider = CGDataProviderCreateWithCFData((CFDataRef)data);
CGImageRef imageRef = CGImageCreate(cvMat.cols, // Width
cvMat.rows, // Height
8, // Bits per component
8 * cvMat.elemSize(), // Bits per pixel
cvMat.step[0], // Bytes per row
colorSpace, // Colorspace
kCGImageAlphaNone | kCGBitmapByteOrderDefault, // Bitmap info flags
provider, // CGDataProviderRef
NULL, // Decode
false, // Should interpolate
kCGRenderingIntentDefault); // Intent
self = [self initWithCGImage:imageRef];
CGImageRelease(imageRef);
CGDataProviderRelease(provider);
CGColorSpaceRelease(colorSpace);
return self;
}
@end |
总结
上面2个环境搭建好后，你就可以在MacOS上试验各种图象处理算法，然后很方便地移值到iOS上。
一直觉得，图象和声音是移动设备上的特点和优势。因为移动设备没有了可以快速输入的键盘，屏幕也不大，在移动设备上，声音，图象和视频应该是相比文字更方便让人输入的东西。移动端APP应该利用好这些特点，才能设计出更加体贴的功能。
而且，通常情况下做图象处理都比较好玩，记得以前在学校做了一个在QQ游戏大厅自动下中国象棋的程序，其后台使用了网上下载的一个带命令行接口的象棋AI，然后我的代码主要做的事情就是识别象棋棋盘，然后将棋盘数据传给那个象棋AI，接着获得它返回的策略后，模拟鼠标点击来移动棋子。当时不懂什么图象算法，直接把棋子先截取下来保存，然后识别的时候做完全匹配，非常弱的办法，但是效果非常好，做出来也很好玩。嗯，所以文章最后，我想说的是：have fun!
