OpenCV 3.4.1无拷贝数据赋值及矩阵拼接问题咨询

测试代码 #

std::cout << "test cv::Mat" << std::endl; 
cv::Mat a(2, 2, CV_32FC1, cv::Scalar(1.)); 
cv::Mat b(2, 2, CV_32FC1, cv::Scalar(5.)); 
std::cout << "a:" << std::endl << a << std::endl; 
std::cout << "b:" << std::endl << b << std::endl; 
a.col(0) = b.col(0); 
std::cout << "a:" << std::endl << a << std::endl; 
std::cout << "b:" << std::endl << b << std::endl; 
a.col(0) = b.row(0).t(); 
std::cout << "a:" << std::endl << a << std::endl; 
std::cout << "b:" << std::endl << b << std::endl; 

std::cout << "test cv::UMat" << std::endl; 
cv::UMat c(2, 2, CV_32FC1, cv::Scalar(1.)); 
cv::UMat d(2, 2, CV_32FC1, cv::Scalar(5.)); 
std::cout << "c:" << std::endl << c << std::endl; 
std::cout << "d:" << std::endl << d << std::endl; 
c.col(0) = d.col(0); 
std::cout << "c:" << std::endl << c << std::endl; 
std::cout << "d:" << std::endl << d << std::endl; 
c.col(0) = d.row(0).t(); 
std::cout << "c:" << std::endl << c << std::endl; 
std::cout << "d:" << std::endl << d << std::endl; 

运行输出 #

test cv::Mat 
a: [1, 1; 1, 1] 
b: [5, 5; 5, 5] 
a: [1, 1; 1, 1] 
b: [5, 5; 5, 5] 
a: [5, 1; 5, 1] 
b: [5, 5; 5, 5] 

test cv::UMat 
[ INFO:0] Initialize OpenCL runtime... 
c: [1, 1; 1, 1] 
d: [5, 5; 5, 5] 
c: [1, 1; 1, 1] 
d: [5, 5; 5, 5] 
c: [1, 1; 1, 1] 
d: [5, 5; 5, 5] 

疑问解答 #

1. 为什么a.col(0) = b.col(0);赋值不生效？ #

这是因为cv::Mat::col()返回的是一个临时的cv::Mat实例——它虽然和原矩阵a共享数据，但本质是独立对象。当你执行这个赋值语句时，只是把b.col(0)的浅拷贝赋值给了这个临时对象，而临时对象会在语句执行完立刻销毁，根本没机会修改原矩阵a的内存。

要真正修改a的列数据，得用copyTo()方法，它会直接把数据写入目标矩阵的内存区域：

b.col(0).copyTo(a.col(0));

2. 为什么a.col(0) = b.row(0).t();赋值能够生效？ #

核心区别在于b.row(0).t()返回的不是普通cv::Mat，而是**cv::MatExpr（矩阵表达式）**。OpenCV专门为MatExpr重载了赋值运算符：当你把表达式赋值给a.col(0)返回的临时Mat时，会先计算表达式结果，再直接写入临时Mat所引用的原矩阵a的内存区域——也就是a第一列的内存，所以最终a的数据被修改了。

3. cv::UMat场景下的赋值表现为何与cv::Mat不同？ #

cv::UMat是为异构计算（比如OpenCL加速）设计的，内存管理逻辑和cv::Mat完全不同：

• 首先，UMat的数据可能存在GPU内存中，需要显式同步才能在CPU/GPU间传递；
• 其次，OpenCV 3.4.1版本中UMat对矩阵表达式、临时对象的支持远不如Mat成熟，无论是直接赋值临时UMat还是MatExpr，都无法正确触发数据写入；
• 最后，UMat的临时引用（比如col()返回的对象）赋值时，没有Mat那样的写入原内存的逻辑，导致所有赋值操作都无效。

要修改UMat的列数据，同样要用copyTo()：

d.col(0).copyTo(c.col(0));

最终目标：无拷贝拼接多个矩阵是否可行？ #

先给明确结论：如果想要得到一个单一的cv::Mat/cv::UMat对象表示拼接结果，且完全不拷贝数据，这是不可能的。原因很简单：拼接后的矩阵需要将原矩阵数据组织成连续（或有规律步长）的内存块，但原矩阵内存是独立分散的，无法通过单一矩阵的内存布局覆盖。

不过你可以通过以下方式避免拷贝，达到类似效果：

• 用容器存储矩阵：用std::vector<cv::Mat>或std::vector<cv::UMat>保存所有待拼接矩阵，处理时逐个访问，完全无拷贝；
• 创建ROI引用集合：如果是固定格式拼接（比如固定行数的水平拼接），可为每个原矩阵的列/行创建ROI引用，统一管理这些引用而非合并成一个矩阵；
• 延迟拷贝：只有必须使用单一矩阵对象时才执行拷贝，尽量在之前步骤用分散矩阵处理数据。

如果数据量极大，优先选第一种方式，既避免拷贝开销，又能灵活处理子矩阵。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者gondo