OpenCV countNonZero多通道断言问题：为何无显式Mat构造不报错？

问题 #

我想统计彩色图像中等于特定颜色的像素数量，写了下面的代码：

cv::Mat image(100, 100, CV_8UC3);
cv::randu(image, cv::Scalar(0, 0, 0), cv::Scalar(255, 255, 255));
cv::Vec3b color(55, 30, 145);
std::cout << cv::countNonZero(cv::Mat(image == color)) << std::endl;

运行时抛出异常：

terminate called after throwing an instance of 'cv::Exception'
what(): OpenCV(4.2.0) ../modules/core/src/count_non_zero.dispatch.cpp:124: error: (-215:Assertion failed) cn == 1 in function 'countNonZero'

根据OpenCV文档，cv::countNonZero仅支持单通道数组，报错符合预期。但下面这段代码却没有抛出异常：

cv::Mat image(100, 100, CV_8UC3);
cv::randu(image, cv::Scalar(0, 0, 0), cv::Scalar(255, 255, 255));
cv::Vec3b color(55, 30, 145);
std::cout << cv::countNonZero(image == color) << std::endl;

请问这是为什么？最后这段代码的结果是否可靠？

原因分析与结论 #

为什么第二段代码不报错 #

执行image == color时，OpenCV会生成一个3通道的布尔矩阵——每个通道单独和目标颜色的对应通道比较，相等则该通道位置值为255，否则为0。

第一段代码里，你显式用cv::Mat()把这个3通道矩阵构造出来传入countNonZero，触发了函数要求单通道的断言检查，所以报错。

第二段代码中，image == color返回的是cv::MatExpr类型（不是直接的cv::Mat），当它被传入countNonZero时，OpenCV会进行隐式类型转换：把这个多通道的MatExpr当作单通道矩阵处理，只统计第一个通道中不为0的像素数，完全忽略另外两个通道的结果。这绕过了断言检查，但逻辑完全错误。

结果是否可靠？ #

完全不可靠。这段代码只统计了第一个通道匹配的像素数，没有验证另外两个通道是否也和目标颜色一致，得到的数值远大于实际符合条件的像素数量。

正确实现方式 #

要统计三通道完全匹配目标颜色的像素数，需要先将多通道比较结果合并为单通道掩码，比如：

cv::Mat mask = (image == color);
// 三通道全为255时，掩码值才为255
cv::Mat single_channel_mask = (mask.channel(0) & mask.channel(1) & mask.channel(2));
std::cout << cv::countNonZero(single_channel_mask) << std::endl;

或者更简洁的写法：

cv::Mat mask = cv::all(image == color);
std::cout << cv::countNonZero(mask) << std::endl;

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Josep Bosch