Mat の使い方【OpenCV/C#(OpenCvSharp)】作成・初期化・基本操作

OpenCV における Mat は、画像やテンソルを表す中心的なデータ構造です。C#（OpenCvSharp）でも Mat クラスがその役割を担い、ピクセルデータの読み書きから行列演算まで一手に引き受けます。この記事では Mat の作成・初期化・基本操作を、動くコードとともに体系的に押さえます。

using var mat = new Mat(480, 640, MatType.CV_8UC3);

動作環境

NuGet パッケージは以下の2つを必ずインストールしてください。

dotnet add package OpenCvSharp4
dotnet add package OpenCvSharp4.runtime.win

基本の使い方

完全プログラム

using OpenCvSharp;

// 1. サイズ・型を指定して Mat を作成（中身は未初期化）
using var mat1 = new Mat(480, 640, MatType.CV_8UC3);

// 2. 指定値で初期化して作成
using var mat2 = new Mat(480, 640, MatType.CV_8UC3, new Scalar(128, 0, 0));

// 3. ゼロ行列（黒画像）
using var zeros = Mat.Zeros(300, 400, MatType.CV_8UC1);

// 4. 全要素 1 の行列（白画像には 255 倍が必要）
using var ones = Mat.Ones(300, 400, MatType.CV_8UC1);

// 5. 単位行列（3x3, 64bit 浮動小数点）
using var eye = Mat.Eye(3, 3, MatType.CV_64FC1);

// 基本プロパティを確認
Console.WriteLine($"mat2 サイズ : {mat2.Rows} x {mat2.Cols}");
Console.WriteLine($"mat2 チャネル数 : {mat2.Channels()}");
Console.WriteLine($"mat2 要素型  : {mat2.Type()}");
Console.WriteLine($"mat2 空か   : {mat2.Empty()}");

// 6. 画像ファイルから読み込み
using var img = Cv2.ImRead("input.png", ImreadModes.Color);
if (img.Empty())
{
    Console.WriteLine("画像の読み込みに失敗しました");
    return;
}
Console.WriteLine($"img サイズ  : {img.Rows} x {img.Cols}");

// 7. ROI（部分領域）を切り出す（メモリ共有に注意）
using var roi = new Mat(img, new Rect(100, 100, 200, 150));

// 8. クローン（独立したコピー）
using var cloned = img.Clone();

// 9. 保存
Cv2.ImWrite("output.png", cloned);
Console.WriteLine("output.png を保存しました");

実行結果

mat2 サイズ : 480 x 640
mat2 チャネル数 : 3
mat2 要素型  : CV_8UC3
mat2 空か   : False
img サイズ  : （input.png の実際の高さ） x （幅）
output.png を保存しました

行ごとの解説

引数と戻り値

new Mat(int rows, int cols, MatType type)

new Mat(int rows, int cols, MatType type, Scalar s)

よく使う MatType

Mat.Zeros / Mat.Ones / Mat.Eye

Mat Mat.Zeros(int rows, int cols, MatType type)
Mat Mat.Ones(int rows, int cols, MatType type)
Mat Mat.Eye(int rows, int cols, MatType type)

戻り値はいずれも新しい Mat。using で受け取ること。

実践例

実践例1: グレースケール画像を黒→白にグラデーション塗りつぶし

using OpenCvSharp;

// 1行ずつ異なる輝度を書き込む
using var grad = new Mat(256, 256, MatType.CV_8UC1);
for (int r = 0; r < grad.Rows; r++)
{
    // 行全体を同じ輝度値で塗る
    grad.Row(r).SetTo(new Scalar(r));
}
Cv2.ImWrite("gradient.png", grad);
Console.WriteLine("gradient.png を保存しました");

Mat.Row(r) で取得した行 Mat は元 Mat とメモリを共有するため、SetTo が直接反映されます。

実践例2: ROI 操作（部分領域に矩形を描画）

using OpenCvSharp;

using var canvas = new Mat(480, 640, MatType.CV_8UC3, Scalar.All(200));

// ROI を取得して塗りつぶし（元 canvas に反映される）
var roiRect = new Rect(100, 100, 200, 150);
using var roi = new Mat(canvas, roiRect);
roi.SetTo(new Scalar(0, 0, 255)); // 赤で塗る

Cv2.ImWrite("roi_result.png", canvas);
Console.WriteLine("roi_result.png を保存しました");

ROI への書き込みは元の canvas に直接反映されます。意図せず元画像を変更しないよう、変更前に Clone() しておく設計が安全です。

つまずきポイント

⚠️ using を忘れるとネイティブメモリがリークする

Mat は C++ のネイティブヒープにピクセルデータを持ちます。GC が回収するのはマネージドラッパーだけで、ネイティブ側は Dispose() を呼ぶまで解放されません。ループ内で大量に Mat を生成するコードでは、using の付け忘れが致命的なメモリリークにつながります。

// NG: GC 任せ
var mat = new Mat(1080, 1920, MatType.CV_8UC3);

// OK: using で確実に解放
using var mat = new Mat(1080, 1920, MatType.CV_8UC3);

⚠️ ROI は元 Mat とメモリを共有する

using var roi = new Mat(src, new Rect(0, 0, 100, 100));
roi.SetTo(Scalar.All(0)); // src の左上100x100 も黒になる！

独立したコピーが必要なときは roi.Clone() を使ってください。

⚠️ Rows・Cols の順番（高さ→幅）に注意

コンストラクタの引数順は (rows, cols) つまり （高さ, 幅） です。new Mat(640, 480, ...) と書くと 640行×480列、すなわち縦長の画像になります。Size を使う場合は new Size(width, height) と逆になるため、混在すると混乱しやすい箇所です。

// (rows=高さ, cols=幅)
using var mat = new Mat(480, 640, MatType.CV_8UC3);

// Size は (width, height)
using var mat2 = new Mat(new Size(640, 480), MatType.CV_8UC3);

関連する関数

• Cv2.ImRead / Cv2.ImWrite — ファイルから Mat を読み書きする基本関数
• Cv2.CvtColor — Mat のチャネル変換（BGR ↔ グレースケール 等）
• Cv2.Resize — Mat のリサイズ
• Mat.Clone / Mat.CopyTo — Mat のコピー操作

まとめ

Mat は OpenCvSharp のあらゆる処理の出発点です。作成・初期化の方法（new Mat・Mat.Zeros・Mat.Ones）を使い分け、ROI とクローンの違いを意識するだけで大半の基本操作に対応できます。using による確実な解放は C# 固有の必須作法として、コードの最初から習慣づけてください。