C++OpenCV读写XML或YAML文件的方法
前言
本节我们将认识XML和YAML这两种文件类型。
所谓XML，即eXtensible Markup Language，翻译成中文为“可扩展标识语言”。首先，XML是一种元标记语言。所谓元标记，就是开发者可以根据自身需要定义自己的标记，比如可以定义标记<book>、<name>。任何满足XML命名规则的名称都可以标记，这就向不同的应用程序打开了的大门。此外，XML是一种语义、结构化语言，它描述了文档的结构与语义。
YAML是YAML Ain’t a Markup Language（YAML不是一种置标语言）的缩写。YAML是一个可读性高，用来表达资料序列的格式。它参考了其他多种语言，包括：XML、C语言、Python、Perl以及电子邮件格式RFC2822。
1.如何使用
XML和YAML是使用非常广泛的文件格式。可以利用XML或者YAML格式的文件存储和还原各式各样的数据结构。当然，它们还可以存储和载入任意复杂的数据结构，其中就包括了OpenCV相关周边的数据结构，以及各种原始数据类型，如整数、浮点数和文本字符串。
我们一般使用如下过程来写入或者读取数据到XML或YAML文件中。
（1）实例化一个FileStorage类的对象，用默认带参数的构造函数完成初始化，或者用FileStorage::open()成员函数辅助初始化。
（2）使用流操作符<<进行文件写入操作，或者>>进行文件读取操作，类似C++中的文件输入输出流。
（3）使用FileStorage::release()函数析构掉FileStorage类对象，同时关闭文件。
1.1第一步：XML、YAML文件的打开
（1）准备文件写操作
FileStorage是OpenCV中XML和YAML文件的存储类，封装了所有相关的信息。它是OpenCV从文件中读数据或向文件中写数据时必须要使用的一个类。
此类的构造函数为FileStorage::FileStorage，有两个重载，如下：
C++：FileStorage::FileStorage() C++：FileStorage::FileStorage(const string& source, int flags, const string& encoding=string())
构造函数在实际使用中，一般有两种方法。
1）对于第二种带参数的构造函数，进行写操作范例如下：
FileStorage fs("abc.xml", FileStorage::WRITE);
2）对于第一种不带参数的构造函数，可以使用其成员函数FileStorage::open进行数据的写操作，范例如下：
FileStorage fs;
fs.open("abc.xml",FileStorage::WRITE);
（2）准备文件读操作
上面讲到的都是以FileStorage::WRITE为标识符的写操作，而读操作，采用FileStorage::READ标识符即可，相关示例代码如下：
1）第一种方式
FileStorage fs(“abc.xml”, FileStorage::READ);
2）第二种方式
FileStorage fs; fs.open(“abc.xml”, FileStorage::READ);
另外需要注意的是，上面的这些操作示例是对XML文件为例子作演示的，而对YAML文件，操作方法是类似的，就是将XML文件换为YAML文件即可。
1.2 第二步：进行文件读写操作
（1）文本和数字的输入和输出
定义好FileStorage类对象之后，写入文件可以使用<<运算符，例如：
fs<<"iterationNr"<<100;
而读取文件，使用>>运算符，例如：
int itNr; fs["iterationNr"]>>itNr; itNr = (int) fs["iterationNr"];
（2）OpenCV数据结构的输入和输出
关于OpenCV数据结构的输入和输出，和基本的C++形式相同，范例如下：
// 数据结构的初始化 Mat R = Mat_<uchar>::eye(3,3); Mat T = Mat_<double>::zeros(3, 1); // 向Mat中写入数据 fs << "R" << R; fs << "T" << T; // 从Mat中读取数据 fs["R"] >> R; fs["T"] >> T;
1.3 第三步：vector（array）和map的输入和输出
对于vector结构的输出和输出，要注意在第一个元素前加上”[“，在最后一个元素后加上”]“。例如：
fs << "strings"<<"["; //开始读入string文本序列 fs << "image1.jpg" << "Awesomeness" << "baboon.jpg"; fs << "]"; //关闭序列
而对于map结构的操作，使用的符号是”{“和”}“，例如：
fs << "Mapping";//开始读入Mapping文本
fs << "{" << "One" << 1;
fs << "Two" << 2 << "}";
读取这些数据结构的时候，会用到FileNode和FileNodeIterator数据结构。对FileStorage类的“[”、“]”操作符会返回FileNode数据类型；对于一连串的node，可以使用FileNodeIterator结构，例如：
```cpp
FileNode n = fs["strings"];//读取字符串序列以得到节点
if (n.type()!=FileNode::SEQ)
{
cerr << "发生错误！字符串不是一个序列" << endl;
return 1;
}
FileNodeIterator it = n.begin(),it_end = n.end(); //遍历节点
for(;it!=it_end;it++)
cout << (string)*it << endl;
1.4 第四步：文件关闭
需要注意的是，文件关闭操作会在FileStorage类销毁时自动进行，但我们也可以显式调用其析构函数FileStorage::release()实现。FileStorage::release()函数会析构掉FileStorage类对象，同时关闭文件。
调用过程非常简单，如下：fs.release();
2.代码展示
2.1 写文件
#include<opencv2/opencv.hpp>
#include<time.h>
using namespace cv;
int main()
{
//初始化
FileStorage fs("test.yaml", FileStorage::WRITE);
//开始文件写入
fs << "frameCount" << 5;
time_t rawtime; time(&rawtime);
fs << "calibrationDate" << asctime(localtime(&rawtime));//读取时间量
Mat cameraMatrix = (Mat_<double>(3, 3) << 1000, 0, 320, 0, 1000, 240, 0, 0, 1);
Mat distCoeffs = (Mat_<double>(5, 1) << 0.1, 0.01, -0.001, 0, 0);//畸变参数
fs << "cameraMatrix" << cameraMatrix << "distCoeffs" << distCoeffs;//读取Mat型cameraMatrix，distcoeffs的内容
fs << "feature" << "[";
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
int x = rand() % 640;
int y = rand() % 480;
uchar ibp = rand() % 256;
fs << "{:" << "x" << x << "y" << y << "ibp" << "[:";
for (int j = 0; j < 8; j++)
fs << ((ibp >> j) & 1);
fs << "]" << "}";
}
fs << "]";
fs.release();
printf("完毕，请在工程目录下查看文件-");
getchar();
return 0;
}
上面的示例将一个整数、一个文本字符串（标定日期）、2 个矩阵和一个自定义结构“feature”存储到 YML，其中包括特征坐标和 LBP（局部二进制模式）值。这是样本的输出：
%YAML:1.0
frameCount: 5
calibrationDate: "Fri Jun 17 14:09:29 2011\n"
cameraMatrix: !!opencv-matrix
rows: 3
cols: 3
dt: d
data: [ 1000., 0., 320., 0., 1000., 240., 0., 0., 1. ]
distCoeffs: !!opencv-matrix
rows: 5
cols: 1
dt: d
data: [ 1.0000000000000001e-01, 1.0000000000000000e-02,
-1.0000000000000000e-03, 0., 0. ]
features:
- { x:167, y:49, lbp:[ 1, 0, 0, 1, 1, 0, 1, 1 ] }
- { x:298, y:130, lbp:[ 0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1 ] }
- { x:344, y:158, lbp:[ 1, 1, 0, 0, 0, 0, 1, 0 ] }
作为练习，您可以将上面示例中的“.yml”替换为“.xml”或“.json”，然后查看相应的 XML 文件的外观。
通过查看示例代码和输出可以注意到几件事：
- 生成的 YAML（和 XML/JSON）由可以嵌套的异构集合组成。有两种类型的集合：命名集合（映射）和未命名集合（序列）。在映射中，每个元素都有一个名称并通过名称访问。这类似于 C/C++ 中的std::map结构以及 Python 中的字典。在序列中元素没有名称，它们通过索引访问。这类似于 C/C++ 中的std::vector数组以及 Python 中的列表、元组。“异构”意味着每个单一集合的元素可以有不同的类型。
- YAML/XML/JSON 中的顶级集合是一个映射。每个矩阵存储为一个映射，矩阵元素存储为一个序列。然后，有一个特征序列，其中每个特征都表示一个映射，以及嵌套序列中的 lbp 值。
- 当您写入映射（结构）时，您写入元素名称后跟其值。当您写入一个序列时，您只需一个一个地写入元素。OpenCV 数据结构（例如cv::Mat）的编写方式与简单的 C 数据结构完全相同 - 使用<<运算符。
- 要编写映射，首先写入特殊字符串{，然后将元素作为对 ( fs << <element_name> << <element_value>) 写入，然后写入结束符}。
- 要编写一个序列，首先要编写特殊的字符串[，然后编写元素，然后编写结束]。
- 在 YAML/JSON（但不是 XML）中，映射和序列可以以类似 Python 的紧凑内联形式编写。在上面的示例中，矩阵元素以及每个特征，包括它的 lbp 值，都以这种内联形式存储。要以紧凑的形式存储映射/序列，请放在:开始字符之后，例如使用{:代替{和[:代替[。当数据写入 XML 时，那些额外:的将被忽略。
2.2 读文件
#include<opencv2/opencv.hpp>
#include<time.h>
using namespace cv;
using namespace std;
int main()
{
//改变consolo字体颜色
system("color 6F");
//初始化
FileStorage fs2("test.yaml", FileStorage::READ);
//开始文件读取
//法一,对FileNode操作
int frameCount2 = (int)fs2["framecount2"];
std::string date;//定义字符串 date
//法二，使用FileNode运算符>>
fs2["calibrationDate"] >> date;
Mat cameraMatrix2, distCoeffs2;
fs2["cameraMatrix"] >> cameraMatrix2;
fs2["distCoeffs"] >> distCoeffs2;//读取
cout << "frameCount2:" << frameCount2 << endl
<< "calibration date:" << date << endl
<< "camera matrix:" << cameraMatrix2 << endl
<< "distortion coeffs:" << distCoeffs2 << endl;
FileNode feature = fs2["feature"];
FileNodeIterator it = feature.begin(), it_end = feature.end();//定义it
int idx = 0;
std::vector<uchar>ibpval;//定义向量容器ibpal
//使用FileNodeIterator历遍序列（读取）
for (; it != it_end; it++, idx++)
{
cout << "feature#" << idx << ":";
cout << "x=" << (int)(*it)["x"] << ",y=" << (int)(*it)["y"] << ",ibp:(";
//也可以使用filenod>>std::vector操作符很容易读取数值阵列
(*it)["ibp"] >> ibpval;
for (int i = 0; i < (int)ibpval.size(); i++)
cout << "" << (int)ibpval[i];
cout << ")" << endl;
}
fs2.release();
printf("读取完毕，请按任意键结束-");
getchar();
return 0;
}
2.3 完整的示例代码
/*
* filestorage_sample demonstrate the usage of the opencv serialization functionality
*/
#include "opencv2/core.hpp"
#include <iostream>
#include <string>
using std::string;
using std::cout;
using std::endl;
using std::cerr;
using std::ostream;
using namespace cv;
static void help(char** av)
{
cout << "\nfilestorage_sample demonstrate the usage of the opencv serialization functionality.\n"
<< "usage:\n"
<< av[0] << " outputfile.yml.gz\n"
<< "\n outputfile above can have many different extensions, see below."
<< "\nThis program demonstrates the use of FileStorage for serialization, that is in use << and >> in OpenCV\n"
<< "For example, how to create a class and have it serialize, but also how to use it to read and write matrices.\n"
<< "FileStorage allows you to serialize to various formats specified by the file end type."
<< "\nYou should try using different file extensions.(e.g. yaml yml xml xml.gz yaml.gz etc...)\n" << endl;
}
struct MyData
{
MyData() :
A(0), X(0), id()
{
}
explicit MyData(int) :
A(97), X(CV_PI), id("mydata1234")
{
}
int A;
double X;
string id;
void write(FileStorage& fs) const //Write serialization for this class
{
fs << "{" << "A" << A << "X" << X << "id" << id << "}";
}
void read(const FileNode& node) //Read serialization for this class
{
A = (int)node["A"];
X = (double)node["X"];
id = (string)node["id"];
}
};
//These write and read functions must exist as per the inline functions in operations.hpp
static void write(FileStorage& fs, const std::string&, const MyData& x){
x.write(fs);
}
static void read(const FileNode& node, MyData& x, const MyData& default_value = MyData()){
if(node.empty())
x = default_value;
else
x.read(node);
}
static ostream& operator<<(ostream& out, const MyData& m){
out << "{ id = " << m.id << ", ";
out << "X = " << m.X << ", ";
out << "A = " << m.A << "}";
return out;
}
int main(int ac, char** av)
{
cv::CommandLineParser parser(ac, av,
"{@input||}{help h ||}"
);
if (parser.has("help"))
{
help(av);
return 0;
}
string filename = parser.get<string>("@input");
if (filename.empty())
{
help(av);
return 1;
}
//write
{
FileStorage fs(filename, FileStorage::WRITE);
cout << "writing images\n";
fs << "images" << "[";
fs << "image1.jpg" << "myfi.png" << "baboon.jpg";
cout << "image1.jpg" << " myfi.png" << " baboon.jpg" << endl;
fs << "]";
cout << "writing mats\n";
Mat R =Mat_<double>::eye(3, 3),T = Mat_<double>::zeros(3, 1);
cout << "R = " << R << "\n";
cout << "T = " << T << "\n";
fs << "R" << R;
fs << "T" << T;
cout << "writing MyData struct\n";
MyData m(1);
fs << "mdata" << m;
cout << m << endl;
}
//read
{
FileStorage fs(filename, FileStorage::READ);
if (!fs.isOpened())
{
cerr << "failed to open " << filename << endl;
help(av);
return 1;
}
FileNode n = fs["images"];
if (n.type() != FileNode::SEQ)
{
cerr << "images is not a sequence! FAIL" << endl;
return 1;
}
cout << "reading images\n";
FileNodeIterator it = n.begin(), it_end = n.end();
for (; it != it_end; ++it)
{
cout << (string)*it << "\n";
}
Mat R, T;
cout << "reading R and T" << endl;
fs["R"] >> R;
fs["T"] >> T;
cout << "R = " << R << "\n";
cout << "T = " << T << endl;
MyData m;
fs["mdata"] >> m;
cout << "read mdata\n";
cout << m << endl;
cout << "attempting to read mdata_b\n"; //Show default behavior for empty matrix
fs["mdata_b"] >> m;
cout << "read mdata_b\n";
cout << m << endl;
}
cout << "Try opening " << filename << " to see the serialized data." << endl << endl;
//read from string
{
cout << "Read data from string\n";
string dataString =
"%YAML:1.0\n"
"mdata:\n"
" A: 97\n"
" X: 3.1415926535897931e+00\n"
" id: mydata1234\n";
MyData m;
FileStorage fs(dataString, FileStorage::READ | FileStorage::MEMORY);
cout << "attempting to read mdata_b from string\n"; //Show default behavior for empty matrix
fs["mdata"] >> m;
cout << "read mdata\n";
cout << m << endl;
}
//write to string
{
cout << "Write data to string\n";
FileStorage fs(filename, FileStorage::WRITE | FileStorage::MEMORY | FileStorage::FORMAT_YAML);
cout << "writing MyData struct\n";
MyData m(1);
fs << "mdata" << m;
cout << m << endl;
string createdString = fs.releaseAndGetString();
cout << "Created string:\n" << createdString << "\n";
}
return 0;
}
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