opencv源码阅读之——iOS的两条接口UIImageToMat()和MatToUIImage()

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在ios下开发基于opencv的程序时经常会用到两条接口，分别是UIImageToMat()和MatToUIImage()，这两条接口是UIImage与Mat之间的转换。关于这两条api的信息opencv文档里面没有给出太多的信息，所以，需要通过阅读源码来分析。

1.UIImageToMat的细节

关于这条api，我们总想知道返回的mat的一些细节，比如是几通道的，是否带alpha通道，色彩空间是RGBA还BGR的，我们都不清楚，带着这几个问题，我们一起来阅读源码：

void UIImageToMat(const UIImage* image,
                         cv::Mat& m, bool alphaExist) {
    CGColorSpaceRef colorSpace = CGImageGetColorSpace(image.CGImage);
    CGFloat cols = image.size.width, rows = image.size.height;
    CGContextRef contextRef;
    CGBitmapInfo bitmapInfo = kCGImageAlphaPremultipliedLast;
    if (CGColorSpaceGetModel(colorSpace) == 0)
    {
        m.create(rows, cols, CV_8UC1); // 8 bits per component, 1 channel
        bitmapInfo = kCGImageAlphaNone;
        if (!alphaExist)
            bitmapInfo = kCGImageAlphaNone;
        contextRef = CGBitmapContextCreate(m.data, m.cols, m.rows, 8,
                                           m.step[0], colorSpace,
                                           bitmapInfo);
    }
    else
    {
        m.create(rows, cols, CV_8UC4); // 8 bits per component, 4 channels
        if (!alphaExist)
            bitmapInfo = kCGImageAlphaNoneSkipLast |
                                kCGBitmapByteOrderDefault;
        contextRef = CGBitmapContextCreate(m.data, m.cols, m.rows, 8,
                                           m.step[0], colorSpace,
                                           bitmapInfo);
    }
    CGContextDrawImage(contextRef, CGRectMake(0, 0, cols, rows),
                       image.CGImage);
    CGContextRelease(contextRef);
}

这个源码是在文件夹modules/imgcodecs/src/ ios_conversions.mm里面的。从源码可以看出，opencv会先把UIImage类型的image转化为CGImga，这是一个位图bitmap图像

@property(nullable, nonatomic,readonly) CGImageRef CGImage; // returns underlying CGImageRef or nil if CIImage based

The CGImageRef opaque type represents bitmap images and bitmap image masks, based on sample data that you supply. A bitmap (or sampled) image is a rectangular array of pixels, with each pixel representing a single sample or data point in a source image.

CGImageGetColorSpace会获取指定图像的色彩空间，如果指定的图像(也不能叫图像)是一个图像蒙板(image mask)，则返回NULL，图像蒙板其实就是ps里面的蒙板，蒙板指定的区域才会显示，具体可以看ios文档说明。opencv的c++版不同于java版，java版里面的图像有width和height两个对象，c++里面是cols和rows，分别代表宽和高，其实就是Mat的列数和行数，表示不同。

然后获取图像的色彩模式CGColorSpaceGetModel，得到一个枚举值：

typedef CF_ENUM (int32_t,  CGColorSpaceModel) {
    kCGColorSpaceModelUnknown = -1,
    kCGColorSpaceModelMonochrome,
    kCGColorSpaceModelRGB,
    kCGColorSpaceModelCMYK,
    kCGColorSpaceModelLab,
    kCGColorSpaceModelDeviceN,
    kCGColorSpaceModelIndexed,
    kCGColorSpaceModelPattern
};

kCGColorSpaceModelMonochrome是单色图，也就是黑白的灰度图，如果是灰度图则通过CGBitmapContextCreate往cv::Mat类型的m里面的data写数据，

大小和原图一样，色彩空间也是和原图一样，这里就是单色图，没有alpha通道。如果不是灰度图，则把原来图片的色彩空间的色彩写进cv::Mat的data里，得到转换的m。

通过阅读源码可以知道，如果传进来的是单色灰度图，则返回的也是单色灰度图，没有alpha通道。如果传进来的是RGB 或者BGRA的，则会返回原图的色彩空间RGB或者 BGRA，其中A通道如果转换时没有指定，则默认是有的。

2.MatToUIImage的转换细节

下面来了解MatToUIImage的转换细节，源码：

UIImage* MatToUIImage(const cv::Mat& image) {

    NSData *data = [NSData dataWithBytes:image.data
                                  length:image.elemSize()*image.total()];

    CGColorSpaceRef colorSpace;

    if (image.elemSize() == 1) {
        colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceGray();
    } else {
        colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
    }

    CGDataProviderRef provider =
            CGDataProviderCreateWithCFData((__bridge CFDataRef)data);

    // Preserve alpha transparency, if exists
    bool alpha = image.channels() == 4;
    CGBitmapInfo bitmapInfo = (alpha ? kCGImageAlphaLast : kCGImageAlphaNone) | kCGBitmapByteOrderDefault;

    // Creating CGImage from cv::Mat
    CGImageRef imageRef = CGImageCreate(image.cols,
                                        image.rows,
                                        8,
                                        8 * image.elemSize(),
                                        image.step.p[0],
                                        colorSpace,
                                        bitmapInfo,
                                        provider,
                                        NULL,
                                        false,
                                        kCGRenderingIntentDefault
                                        );


    // Getting UIImage from CGImage
    UIImage *finalImage = [UIImage imageWithCGImage:imageRef];
    CGImageRelease(imageRef);
    CGDataProviderRelease(provider);
    CGColorSpaceRelease(colorSpace);

    return finalImage;
}

首先会获取传入的矩阵的data原始数据，长度为image.elemSize()＊image.total()，elemSize()会返回元素的大小（单位：字节bytes），详情可以看opencv的文档说明（其实就是通道数＊通道元素大小，例如元素类型为CV_8UC3，它的大小其实就是3字节，每个通道一字节8位bit，三个通道）。image.total()返回图像的所有元素数量。

然后判断image的元素大小，如果为1字节，那么就设置色彩空间是单色灰度图gray（CV_8UC1），如果不是1字节，那么就设置色彩空间为RGB（所以通过MatToUIImage()转换的图像色彩空间都是RGB的），然后判断元素的大小是否为4字节，如果为4字节则是带alpha通道的，因为RGB各占一个通道，也就是各一个字节，第四个字节就是alpha通道。

CGDataProviderCreateWithCFData创建一个CGDataProviderRef对象(_bridge标记是xcode 在Core Foundation和Foundation对象之间的转换要通过Toll－Free bridge来对内存管理进行转换，只在ARC下有效）

CGImageCreate会通过参数创建一个bitmap位图图像，各参数可以看说明文档。再通过bitmap创建UIImage，所以通过阅读源码可以知道，图像的色彩空间是如果原图是单色灰度图，则UIImage的色彩空间为单色灰度图，如果不是，则默认为RGB，如果cv::Mat是带alpha通道，则转换的UIImage带Alpha通道

3.总结

UIImageToMat输出的mat默认带Alpha通道，可以选择不带alpha通道，在UIImageToMat()的第三个参数指定就行，MatToUIImga输出的UIImage默认为RGB类型