0. 前言

OpenCV (Open Source Computer Vision Library) 是一個開源計算機視覺庫，廣泛應用于圖像處理、機器視覺、人工智能等領域。本文將手把手教你從環境搭建到運行第一個 OpenCV 程序，包含圖像的讀取、顯示、保存，以及使用攝像頭實時捕獲圖像的基礎操作。

1. OpenCV 安裝與配置

1.1 安裝 Python-OpenCV

通過 pip 快速安裝 OpenCV 的核心模塊和擴展模塊：

# 安裝基礎模塊（核心功能）
pip install opencv-python
# 安裝擴展模塊（包含SIFT/SURF等額外功能）
pip install opencv-contrib-python

安裝完成后，進行驗證：

>>> import cv2
>>> cv2.__version__

1.2 配置開發環境

推薦以下三種開發工具：

工具	配置建議
PyCharm	創建 Python 項目 → 安裝 opencv-python 包 → 配置虛擬環境
VSCode	安裝 Python 擴展 → 使用 Jupyter Notebook 交互式調試
Jupyter Lab	適合快速實驗 → 通過 %matplotlib inline 實時顯示圖像

2. OpenCV 基礎

2.1 圖像讀取與顯示

OpenCV 讀取圖像非常簡單，下面是一個 OpenCV 版的 Hello World 程序：

import cv2# 讀取圖像
img = cv2.imread("cat.jpg")  # 顯示圖像（窗口名 + BGR格式數據）
cv2.imshow("Demo", img)  
cv2.waitKey(0)  # 按任意鍵繼續
cv2.destroyAllWindows()  # 關閉所有窗口

關鍵函數解析：

• cv2.imread()：讀取圖像，默認參數 cv2.IMREAD_COLOR 為彩色模式(使用參數 cv2.IMREAD_GRAYSCALE 可以讀取為灰度圖像)
• cv2.imshow()：創建一個窗口并顯示圖像
• cv2.waitKey()：參數為等待時間(毫秒)，0 表示無限等待直到用戶按鍵
• cv2.destroyAllWindows()：關閉所有 OpenCV 窗口

2.2 圖像保存

OpenCV 提供了 imwrite() 函數來保存圖像到文件：

# 保存圖像（質量參數 0-100）
cv2.imwrite("output.jpg", img, [cv2.IMWRITE_JPEG_QUALITY, 90])

參數說明：

• 第一個參數：保存的文件路徑(包括文件名和擴展名)
• 第二個參數：要保存的圖像數據
• 第三個參數(可選)：保存參數，以列表形式提供

常用保存參數：

• JPEG 格式：

[cv2.IMWRITE_JPEG_QUALITY, quality]  # quality: 0-100，默認95

• PNG 格式：

[cv2.IMWRITE_PNG_COMPRESSION, compression]  # compression: 0-9，默認1

• WEBP 格式：

[cv2.IMWRITE_WEBP_QUALITY, quality]  # quality: 1-100，默認100

3. 攝像頭實時捕獲

使用以下 OpenCV 代碼可以方便的實時讀取電腦攝像頭視頻流：

import cv2
# 打開默認攝像頭（設備索引為0）
cap = cv2.VideoCapture(0)# 檢查攝像頭是否成功打開
if not cap.isOpened():print("無法打開攝像頭")exit()
while True:# 逐幀捕獲ret, frame = cap.read()if not ret:print("無法接收幀，退出")break# 顯示捕獲到的幀cv2.imshow('Live Video', frame)# 如果按下 'q' 鍵，則退出循環if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break# 釋放資源
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

關鍵函數解析：

• cv2.VideoCapture(0)：初始化攝像頭，0 通常代表計算機的默認攝像頭，如果有多個攝像頭，可以嘗試 1，2 等索引，也可以傳入視頻文件路徑來讀取視頻文件
• cap.read()：讀取一幀，返回值有兩個，ret：布爾值，表示是否成功讀取幀，如果讀取失敗，ret 為 False，應退出循環；frame：當前幀的圖像數據
• cv2.imshow()：顯示捕獲到的幀，可以在循環中添加任意圖像處理操作，可以同時顯示多個窗口展示不同的處理效果
• cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q')：按 q 退出，ord('q') 獲取字符 q 的 ASCII 碼
• cap.release()：釋放攝像頭資源

除此之外，我們也可以對攝像頭進行高級設置，例如，設定分辨率：

cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 1280)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 720)

獲取和設置幀率：

# 獲取當前幀率
fps = cap.get(cv2.CAP_PROP_FPS)# 設置幀率
cap.set(cv2.CAP_PROP_FPS, 30)

其他常用屬性的設置：

# 亮度
cap.set(cv2.CAP_PROP_BRIGHTNESS, 0.5)  # 0-1
# 對比度
cap.set(cv2.CAP_PROP_CONTRAST, 0.5)  # 0-1
# 飽和度
cap.set(cv2.CAP_PROP_SATURATION, 0.5)  # 0-1
# 增益
cap.set(cv2.CAP_PROP_GAIN, 0)  # 自動增益通常為0
# 曝光
cap.set(cv2.CAP_PROP_EXPOSURE, -7)  # 負值表示自動曝光

檢查攝像頭支持的屬性：

for i in range(0, 18):print(f"Property {i}: {cap.get(i)}")

小結

通過本文，我們已經完成了 OpenCV 環境的搭建，了解了基本圖像讀取、顯示、保存的方法，并學會了如何使用攝像頭捕獲實時視頻幀。

系列鏈接

OpenCV計算機視覺實戰（1）——計算機視覺簡介