OpenCV(Open Source Computer Vision Library,开源计算机视觉库)是一个基于BSD许可(开源)发布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很多通用算法,属于轻量级的、非常高效的软件库。
OpenCV主要倾向于实时视觉应用,并在可用时利用MMX和SSE指令,如今也提供对于C#、Ch、Ruby、Go的支持。
OpenCV提供的视觉处理算法非常丰富,并且部分以C语言编写,加上其开源的特性,若处理得当,则不需要添加新的外部支持,也可以完整地编译链接生成执行程序,所以很多人用它来做算法的移植。OpenCV的代码经过适当改写可以正常运行在DSP系统和ARM嵌入式系统中。
OpenCV是一个跨平台的计算机视觉库,目标是实现实时计算机视觉,也就是用摄像机和计算机代替人眼对目标进行识别、跟踪以及测量等,并进一步做图像处理。图像处理又称为影像处理,是用计算机对图像进行分析,以达到所需结果的技术,一般包括图像压缩、增强和复原,以及匹配、描述和识别。目前所说的图像处理一般是指数字图像处理。计算机视觉与图像处理的区别主要在于:计算机视觉的侧重点在于使用计算机来模拟人的视觉,对客观事物进行“感知”;图像处理的侧重点在于“处理”,提取所需要的有效信息。这两者相辅相成,从而使得机器可以在一定程度上模拟人的一些行为,从而使机器更加人性化、智能化。
开源特性以及强大的社区支持使得OpenCV发展极其迅速。OpenCV 1.0正式版本于2006年发布,可以运行在Mac OS以及Linux平台上,但是主要提供C的接口。OpenCV 2.0版本于2009年发布,代码已显著优化,同时带来了全新的C++函数的接口,将其能级无限放大,使开发者使用更加方便;另外,增加了新的平台支持,包括iOS和Android,通过CUDA和OpenGL实现了GPU加速;在编程语言方面,还为Python和Java用户提供了接口。2014年8月,OpenCV 3.0 Alpha发布,重大革新之处在于OpenCV 3.0改变了项目架构的方式。之前的OpenCV是一个相对于整体的项目,各个模块都是以整体的形式构建然后组合在一起;OpenCV 3.0抛弃了整体架构,使用内核+插件的架构形式,更加轻量化。OpenCV随着工业4.0与机器人无人机的发展,已经在应用领域得到了广泛应用,有越来越多的从事机器视觉与图像处理的开发者选择OpenCV作为开发工具。
计算机视觉市场巨大而且持续增长,但这方面没有标准API,如今的计算机视觉软件大概有以下3种:
(1)研究派代码(慢,不稳定,独立,与其他库不兼容)。
(2)耗费很高的商业化工具(比如Halcon、MATLAB+Simulink)。
(3)依赖硬件的一些特别的解决方案(比如视频监控、制造控制系统、医疗设备)。
标准的API将简化计算机视觉程序和解决方案的开发,OpenCV致力于成为这样的标准API。
OpenCV致力于真实世界的实时应用,通过优化C代码提升其执行速度,并且可以通过购买Intel的IPP(Integrated Performance Primitives,高性能多媒体函数库)得到更快的处理速度。
OpenCV的应用领域非常广泛,比如人机互动、物体识别、图像分割、人脸识别、动作识别、运动跟踪、机器人、运动分析、机器视觉、结构分析、汽车安全驾驶、军工、卫星导航等。可以说学好了OpenCV,就业和职业发展前景广阔!
目前OpenCV最新版是4.10,它发布于2024年6月,官网相关发布宣传图如图1-5所示。
图1-5
OpenCV最显著的优化就是从这个4.10版本开始,对JPEG图像的读取和解码有了77%的速度提升,超过了scikit-image、imageio、pillow等工具。其他改进要点如下:
(1)dnn模块的改进,包括:
● 改善内存消耗。
● 增加了将模型转储为与Netron工具兼容的pbtxt格式的功能。
● 支持多个新的TFlite、ONNX和OpenVINO层。
● 改进了现代Yolo探测器支持。
● 添加了cuDNN 9+和OpenVINO 2024支持。
(2)core模块的改进,包括:
● 为cv::Mat模块添加了CV_FP16数据类型。
● 扩展了HAL API,用于minMaxIdx、LUT、meanStdDev和其他函数。
(3)imgproc模块的改进,包括:
● 为cv::remap模块添加了相对位移场选项。
● 重构findContours和EMD。
● 扩展了HAL API,用于projectPoints、equalizeHist、Otsu阈值和其他功能。
● 添加了针对现代ARMv8和ARMv9平台优化的新底层HAL库(KleidiCV)。
(4)支持CUDA 12.4+。
(5)添加了zlib-ng作为经典zlib的替代品。
(6)对Wayland、Apple VisionOS和Windows ARM64的实验性支持。
(7)OpenCV Model Zoo提供跨平台的预训练深度学习模型。其新增功能包括:
● 支持更多的模型结构,例如新的卷积架构或者神经网络架构。
● 提升模型的性能,可能通过模型优化或者使用更高效的实现方式。
● 提供更多的预处理和后处理的选项,以便用户可以更灵活地使用这些模型。
● 增加对新硬件或者新框架的支持,例如新版的TensorRT或是ONNX Runtime。