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标题: 【OpenCV】OpenCV (C++) 与 OpenCvSharp (C#) 之间数据通讯 [打印本页]
作者: 大连全瓷种植牙齿制作中心    时间: 2024-5-15 14:15
标题: 【OpenCV】OpenCV (C++) 与 OpenCvSharp (C#) 之间数据通讯
  OpenCV是一个基于Apache2.0许可（开源）发行的跨平台计算机视觉和机器学习软件库，可以运行在Linux、Windows、Android和Mac OS操作系统上。 它轻量级而且高效——由一系列 C 函数和少量 C++ 类构成，同时提供了Python、Ruby、MATLAB等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面的许多通用算法。OpenCV用C++语言编写，它具有C ++，Python，Java和MATLAB接口，并支持Windows，Linux，Android和Mac OS，OpenCV主要倾向于及时视觉应用。
  OpenCvSharp 是一个OpenCV的.Net wrapper，应用最新的OpenCV库开辟，利用习惯比EmguCV更接近原始的OpenCV，有详细的利用样例供参考。该库接纳LGPL发行，对商业应用友好。利用OpenCvSharp，可用C#，VB.NET等语言实现多种流行的图像处理(image processing)与计算机视觉(computer vision)算法。
    但是在实际利用中，由于涉及到差别编程语言之间互相调用，导致C++ 中的OpenCV与C#中的OpenCvSharp 图像数据在差别编程语言之间难以有用传递。在本文中我们将结合OpenCvSharp源码实现原理，探究两种数据之间的通讯方式
1. 题目分析

  在日常开辟中，由于一些库不支持C#接口，因此在利用时我们需要借助动态链接库的方式，在C#中调用C++封装的应用。由于C++与C#底层编译方式差别，因此动态链接库只可以传递基础的数据类型，无法传递像Class这种高级的数据格式。
  在日常开辟中，我们在C#中利用OpenCvSharp进行图像处理，但是我们调用的算法是通过C++封装的动态链接库，且需要将图片数据传递到C++封装的动态链接库中进行处理，因此实现高效的实现图片数据传递是十分有必要的。常见的方式有两种：
  （1）第一种方式是在C#中将图片数据转为根本数据类型byte[]数组，然后将该数据传递到C++动态链接库中，在接收到该数据后，由C++再将该数据重新转为图片数据进行处理。目前该方式经过测试，是可以实现的，但是这样有一个弊端，图片数据需要进行两次的转换，这样会导致严峻浪费时间和斲丧大量内存。
  （2）第二种方式是在C#中将数据保存到本地，然后再C++动态链接库中读取。与上一种方式一样，这样会导致严峻浪费时间和斲丧大量内存。
2. 解决办法

  为了解决这个题目，我们探究了一下OpenCvSharp 实现方式，通过其源码可知，OpenCvSharp 在实现时，是通过对C++中的OpenCV进行了进一步封装，将Mat数据界说成指针类型，然后以指针的方式在C++与C#中进行传递；而在C#中，重新界说了Mat数据类型，将C++传递来的Mat指针作为成员变量进行初始化，而后续基于Mat的所有操作，其低层都是通过传递这个指针进行操作的。
  知道了Mat的这个数据类型的实现原理后，我们可以模仿这种方式，以指针的方式实现将OpenCvSharp的数据传递到OpenCV C++中，这样就可以快速实现数据类型传递。实现方式如下图所示。
  在C#中利用OpenCvSharp获取一个图片数据，数据类型为Mat，我们可以先辈行处理等操作；接下来我们可以获取OpenCvSharp的地址CvPtr，然后在C++中利用*Mat指针进行获取，然后通过*Mat我们便可以获取到OpenCV C++中的Mat数据。接下来，用户就可以根据本身的需求进行处理即可。在处理完成后，在将获得新的用Mat数据转为用*Mat指针，然后再C#中，利用IntPtr数据类型进行接收，然后利用OpenCvSharp的Mat以获取的指针数据为初始值初始化Mat数据类型即获得新的Mat数据。
  通过上述方式，我们便可以很轻松的实现C#中的OpenCvSharp与C++中的OpenCv数据转换。
3. 项目创建

为方便演示，下述所有步伐设计与编译皆是在Windows11环境下，利用Visual Studio 2022编辑器实现。
大家可以根据上述版本进行配置，也可以利用其他版本配置，但要保证OpenCV与OpenCvSharp都是同一个基础版本的，且版本差别不要太大。
3.1 创建C++项目

  利用Visual Studio 2022创建一个空的C++项目，然后添加两个文件，分别为：mat_conv.h、mat_conv.cpp。
  接下来配置项目属性，起首配置项目输出类型，如下图所示，设置图片输出类型为动态库(.dll)
  然后配置OpenCV C++项目依靠，主要是配置C++项目的包含目录、库目录以及附加依靠项三个地方，如下图所示：
  以下是我的项目设置信息，大家可以根据本身安装的OpenCV情况进行设置：
  1. 包含目录: C:\3rdpartylib\opencv\build\include
  2. 库目录: C:\3rdpartylib\opencv\build\x64\vc16\lib
  3. 附加依赖项: opencv_world480.lib
复制代码
3.2 创建C#项目

利用Visual Studio 2022创建一个新的C#控制台项目，然后利用NuGet安装所需的步伐集即可，此处只需要安装OpenCvSharp即可，如下图所示：
4. 接口测试

此处主要测试四个接口：
4.1 接口一测试

  在以下文件中分别添加以下代码：
mat_conv.h
  1. #include "opencv2/opencv.hpp"
  2. extern "C"  __declspec(dllexport) void __stdcall mat_conv1(cv::Mat * mat);
复制代码
mat_conv.cpp
  1. #include "mat_conv.h"
  3. void mat_conv1(cv::Mat *mat)
  4. {
  5.         cv::imshow("image", *mat);
  6.         cv::waitKey(0);
  7. }
复制代码
Program.cs
  1. using OpenCvSharp;
  2. using OpenCvSharp.Internal;
  3. using System.Runtime.InteropServices;
  4. namespace opencv_csharp
  5. {
  6.     internal class Program
  7.     {
  8.         static void Main(string[] args)
  9.         {
  10.             Console.WriteLine("Hello, World!");
  11.             string image_path = "image.jpg";
  12.             Mat mat1 = Cv2.ImRead(image_path);
  13.             Methord.mat_conv1(mat1.CvPtr);
  14.         }
  15.     }
  17.     class Methord
  18.     {
  19.         private const string dll_path = "C:\\Users\\lenovo\\Desktop\\test_opencv\\x64\\Release\\opencv_cpp.dll";
  20.         [DllImport(dll_path, CharSet = CharSet.Unicode, CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
  21.         public static extern void mat_conv1(IntPtr mat);
  22.     }
  23. }
复制代码
  其中，mat_conv.h、mat_conv.cpp为C++项目文件，Program.cs文件为C#项目文件。
  在C++项目文件中，extern "C"  __declspec(dllexport)表示利用C语言的编译方式进行编译，并导出到dll中。 mat_conv1(cv::Mat * mat)方法主要是继承传入的Mat指针，并利用cv::imshow("image", *mat)将图片数据展示出来。
  在C#项目中，利用[DllImport]属性将动态链接库中的mat_conv1读取出来，同时因为在C#中指针都是被封装为IntPtr类型的，因此利用IntPtr表示此处传入的参数为指针类型。在利用该接口时，直接调用该方法，并且传入指针参数，该指针参数可以通过Mat.CvPtr直接获得。
  如下图所示，步伐在运行后，乐成将传入的图片数据绘制出来，如下图所示，阐明该接口测试乐成，也证实了该方法是可行的。
4.2 接口二测试

  在以下文件中分别添加以下代码：
mat_conv.h
  1. #include "opencv2/opencv.hpp"
  2. extern "C"  __declspec(dllexport) void __stdcall mat_conv2(cv::Mat **returnValue);
复制代码
mat_conv.cpp
  1. #include "mat_conv.h"
  3. void  mat_conv2(cv::Mat** returnValue)
  4. {
  5.     // 创建一个空白图像
  6.     cv::Mat image = cv::Mat::zeros(400, 400, CV_8UC3);
  7.     // 矩形的左上角和右下角坐标
  8.     cv::Point2f rect_start(50, 50);
  9.     cv::Point2f rect_end(350, 350);
  10.     // 矩形颜色 (B, G, R)
  11.     cv::Scalar color(255, 0, 0); // 红色
  12.     // 矩形线条粗细
  13.     int thickness = 2;
  14.     // 绘制矩形
  15.     cv::rectangle(image, rect_start, rect_end, color, thickness);
  16.     *returnValue = new cv::Mat(image);
  17. }
复制代码
Program.cs
  1. using OpenCvSharp;
  2. using OpenCvSharp.Internal;
  3. using System.Runtime.InteropServices;
  4. namespace opencv_csharp
  5. {
  6.     internal class Program
  7.     {
  8.         static void Main(string[] args)
  9.         {
  10.             Console.WriteLine("Hello, World!");
  11.             IntPtr ptr2 = IntPtr.Zero;
  12.             Methord.mat_conv2(out ptr2);
  13.             Mat mat2 = new Mat(ptr2);
  14.             Cv2.ImShow("image2", mat2);
  15.             Cv2.WaitKey(0);
  16.         }
  17.     }
  19.     class Methord
  20.     {
  21.         private const string dll_path = "C:\\Users\\lenovo\\Desktop\\test_opencv\\x64\\Release\\opencv_cpp.dll";
  22.         [DllImport(dll_path, CharSet = CharSet.Unicode, CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
  23.         public static extern void mat_conv2(out IntPtr returnValue);
  24.     }
  25. }
复制代码
  其中，mat_conv.h、mat_conv.cpp为C++项目文件，Program.cs文件为C#项目文件。
  在C++项目文件中，mat_conv2(cv::Mat** returnValue)主要是创建一个画布，并绘制一个矩形，然后将创建好的图片数据以指针的方式传递到C#中。
  在C#项目中，利用[DllImport]属性将动态链接库中的mat_conv2读取出来，传出数据此处利用的时双重指针，因此利用out IntPtr进行接收。再获取到该方法后，我们调用new Mat(IntPtr ptr)构造方法初始化为新的Mat数据。。
  如下图所示，步伐在运行后，乐成将传出的图片数据绘制出来，如下图所示，阐明该接口测试乐成，也证实了该方法是可行的。
4.3 接口三测试

  在以下文件中分别添加以下代码：
mat_conv.h
  1. #include "opencv2/opencv.hpp"
  2. extern "C"  __declspec(dllexport) void __stdcall mat_conv3(cv::Mat * mat, cv::Mat **returnValue);
复制代码
mat_conv.cpp
  1. #include "mat_conv.h"
  3. void  mat_conv3(cv::Mat * mat, cv::Mat **returnValue)
  4. {
  5.         cv::Mat m;
  6.         cv::cvtColor(*mat, m, cv::COLOR_BGR2GRAY);
  7.         *returnValue = new cv::Mat(m);
  8. }
复制代码
Program.cs
  1. using OpenCvSharp;
  2. using OpenCvSharp.Internal;
  3. using System.Runtime.InteropServices;
  4. namespace opencv_csharp
  5. {
  6.     internal class Program
  7.     {
  8.         static void Main(string[] args)
  9.         {
  10.             Console.WriteLine("Hello, World!");
  11.             string image_path = "image.jpg";
  12.             Mat mat3 = Cv2.ImRead(image_path);
  13.             IntPtr ptr3 = IntPtr.Zero;
  14.             Methord.mat_conv3(mat1.CvPtr, out ptr3);
  15.             Mat mat3 = new Mat(ptr3);
  16.             Cv2.ImShow("image1", mat3);
  17.             Cv2.WaitKey(0);
  18.         }
  19.     }
  21.     class Methord
  22.     {
  23.         private const string dll_path = "C:\\Users\\lenovo\\Desktop\\test_opencv\\x64\\Release\\opencv_cpp.dll";
  24.         [DllImport(dll_path, CharSet = CharSet.Unicode, CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
  25.         public static extern void mat_conv3(IntPtr mat, out IntPtr return_value);
  26.     }
  27. }
复制代码
  其中，mat_conv.h、mat_conv.cpp为C++项目文件，Program.cs文件为C#项目文件。
  在C++项目文件中， mat_conv2(cv::Mat * mat, cv::Mat **returnValue)方法主要是继承传入的Mat指针，并将传入的图片数据转为灰度图，同时将转换好的图片数据以指针的方式传出到C#中。
  在C#项目中，利用[DllImport]属性将动态链接库中的mat_conv3读取出来，其中传入数据为指针数据，以是直接利用IntPtr即可；而对于传出数据此处利用的时双重指针，因此利用out IntPtr进行接收。再获取到该方法后，我们调用new Mat(IntPtr ptr)构造方法初始化为新的Mat数据。
  如下图所示，步伐在运行后，乐成将传入的图片数据进行灰度转换，并将转换后的图片数据乐成传递出来，阐明该接口测试乐成，也证实了该方法是可行的。同时我们测试了该过程所需时间，仅利用了3.69毫秒。
4.4 接口四测试

  在以下文件中分别添加以下代码：
mat_conv.h
  1. #include "opencv2/opencv.hpp"
  2. extern "C"  __declspec(dllexport) void __stdcall mat_conv4(cv::Mat * mat);
复制代码
mat_conv.cpp
  1. #include "mat_conv.h"
  3. void  mat_conv4(cv::Mat* mat)
  4. {
  5.     // 矩形的左上角和右下角坐标
  6.     cv::Point2f rect_start(50, 50);
  7.     cv::Point2f rect_end(350, 350);
  8.     // 矩形颜色 (B, G, R)
  9.     cv::Scalar color(255, 0, 0); // 红色
  10.     // 矩形线条粗细
  11.     int thickness = 2;
  12.     // 绘制矩形
  13.     cv::rectangle(*mat, rect_start, rect_end, color, thickness);
  14. }
复制代码
Program.cs
  1. using OpenCvSharp;
  2. using OpenCvSharp.Internal;
  3. using System.Runtime.InteropServices;
  4. namespace opencv_csharp
  5. {
  6.     internal class Program
  7.     {
  8.         static void Main(string[] args)
  9.         {
  10.             Console.WriteLine("Hello, World!");
  11.             string image_path = "image.jpg";
  12.             Mat mat4 = Cv2.ImRead(image_path);
  13.             Methord.mat_conv4(mat1.CvPtr);
  14.             Cv2.ImShow("image2", mat4);
  15.             Cv2.WaitKey(0);
  16.         }
  17.     }
  19.     class Methord
  20.     {
  21.         private const string dll_path = "C:\\Users\\lenovo\\Desktop\\test_opencv\\x64\\Release\\opencv_cpp.dll";
  22.         [DllImport(dll_path, CharSet = CharSet.Unicode, CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
  23.         public static extern void mat_conv4(IntPtr mat);
  24.     }
  25. }
复制代码
  其中，mat_conv.h、mat_conv.cpp为C++项目文件，Program.cs文件为C#项目文件。
  在C++项目文件中， mat_conv4(IntPtr mat)方法主要是继承传入的Mat指针，并在传入的图片数据中绘制一个矩形，因为该操作是在原始数据上进行的操作，没有残生新的图像数据，以是不需要传出。
  在C#项目中，利用[DllImport]属性将动态链接库中的mat_conv4读取出来，其中传入数据为指针数据，以是直接利用IntPtr即可。然后该方法运行完后，我们直接检察该图像数据信息，检察是否已经被修改。
  如下图所示，步伐在运行后，结果如下图所示，阐明该接口测试乐成，也证实了该方法是可行的。
5. 总结

  在项目中，我们结合OpenCvSharp源码，利用OpenCvSharp数据指针实现了在C#与C++之间传递图像数据。与传统的数据传递方式相比，该方式通过传递指针，通过指针的方式实现对同一块图像数据进行操作，制止了图像数据的来回转换，极大的节省了步伐运行时间以及内存斲丧。
  最后假如各位开辟者在利用中有任何题目，欢迎大家与我联系。

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