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OpenCv类CvMat操作

2013年10月04日 ⁄ 综合 ⁄ 共 4359字 ⁄ 字号 评论关闭

综述:
OpenCV有针对矩阵操作的C语言函数. 许多其他方法提供了更加方便的C++接口,其效率与OpenCV一样.
OpenCV将向量作为1维矩阵处理.
矩阵按行存储,每行有4字节的校整.

分配矩阵空间:
CvMat* cvCreateMat(int rows, int cols, int type);   

type: 矩阵元素类型. 格式为CV_<bit_depth>(S|U|F)C<number_of_channels>.     例如: CV_8UC1 表示8位无符号单通道矩阵, CV_32SC2表示32位有符号双通道矩阵.    例程:  

CvMat* M = cvCreateMat(4,4,CV_32FC1); 

释放矩阵空间:

CvMat* M = cvCreateMat(4,4,CV_32FC1);
cvReleaseMat(&M); 

复制矩阵:

CvMat* M1 = cvCreateMat(4,4,CV_32FC1);
CvMat* M2;M2=cvCloneMat(M1); 

初始化矩阵: 

double a[] = { 1,   2,   3,   4,  
               5,   6,   7,   8,
               9,   10,   11, 12 }; 
CvMat Ma=cvMat(3, 4, CV_64FC1, a); 

另一种方法:

CvMat Ma;
cvInitMatHeader(&Ma, 3, 4, CV_64FC1, a); 

初始化矩阵为单位阵: 

CvMat* M = cvCreateMat(4,4,CV_32FC1);
cvSetIdentity(M); // 这里似乎有问题,不成功 

存取矩阵元素

假设需要存取一个2维浮点矩阵的第(i,j)个元素.

间接存取矩阵元素: 

cvmSet(M,i,j,2.0); // Set M(i,j)
t = cvmGet(M,i,j); // Get M(i,j) 

直接存取,假设使用4-字节校正:

CvMat* M     = cvCreateMat(4,4,CV_32FC1);
int n        = M->cols;
float *data  = M->data.fl; 
data[i*n+j] = 3.0; 

直接存取,校正字节任意:

CvMat* M     = cvCreateMat(4,4,CV_32FC1);
int    step  = M->step/sizeof(float);
float *data  = M->data.fl; 
(data+i*step)[j] = 3.0; 

直接存取一个初始化的矩阵元素:

double a[16];
CvMat Ma = cvMat(3, 4, CV_64FC1, a);
a[i*4+j] = 2.0; // Ma(i,j)=2.0; 

矩阵/向量操作

矩阵-矩阵操作:

CvMat *Ma, *Mb, *Mc;
cvAdd(Ma, Mb, Mc);       // Ma+Mb    -> Mc
cvSub(Ma, Mb, Mc);       // Ma-Mb    -> Mc
cvMatMul(Ma, Mb, Mc);    // Ma*Mb    -> Mc 

按元素的矩阵操作:

CvMat *Ma, *Mb, *Mc;
cvMul(Ma, Mb, Mc);       // Ma.*Mb   -> Mc
cvDiv(Ma, Mb, Mc);       // Ma./Mb   -> Mc
cvAddS(Ma, cvScalar(-10.0), Mc); // Ma.-10 -> Mc 

向量乘积:

double va[] = {1, 2, 3};
double vb[] = {0, 0, 1};
double vc[3]; 
CvMat Va=cvMat(3, 1, CV_64FC1, va);
CvMat Vb=cvMat(3, 1, CV_64FC1, vb);
CvMat Vc=cvMat(3, 1, CV_64FC1, vc); 
double res=cvDotProduct(&Va,&Vb); // 点乘:    Va . Vb -> res
cvCrossProduct(&Va, &Vb, &Vc);     // 向量积: Va x Vb -> Vcend{verbatim} 

注意 Va, Vb, Vc 在向量积中向量元素个数须相同.

 单矩阵操作: 
 

CvMat *Ma, *Mb;
cvTranspose(Ma, Mb);       // transpose(Ma) -> Mb (不能对自身进行转置)CvScalar                                     
double d = cvDet(Ma);      // det(Ma) -> dcvInvert(Ma, Mb);          // inv(Ma) -> Mb 

非齐次线性系统求解: 

CvMat* A   = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
CvMat* x   = cvCreateMat(3,1,CV_32FC1);
CvMat* b   = cvCreateMat(3,1,CV_32FC1);
cvSolve(&A, &b, &x);     // solve (Ax=b) for x 

特征值分析(针对对称矩阵):

CvMat* A   = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
CvMat* E   = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
CvMat* l   = cvCreateMat(3,1,CV_32FC1);
cvEigenVV(&A, &E, &l);   // l = A的特征值 (降序排列)                         // E = 对应的特征向量 (每行) 

奇异值分解SVD:

CvMat* A   = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
CvMat* U   = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
CvMat* D   = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
CvMat* V   = cvCreateMat(3,3,CV_32FC1);
cvSVD(A, D, U, V, CV_SVD_U_T|CV_SVD_V_T); // A = U D V^T 

标号使得 U 和 V 返回时被转置(若没有转置标号,则有问题不成功!!!).

 

视频序列操作

从视频序列中抓取一帧

OpenCV支持从摄像头或视频文件(AVI)中抓取图像.

从摄像头获取初始化: 
 

CvCapture* capture = cvCaptureFromCAM(0); // capture from video device #0 

从视频文件获取初始化: 
 

CvCapture* capture = cvCaptureFromAVI("infile.avi"); 

抓取帧: 

IplImage* img = 0; if(!cvGrabFrame(capture))
{
    // 抓取一帧
    printf("Could not grab a frame\n\7");
   exit(0);
}
img=cvRetrieveFrame(capture);            // 恢复获取的帧图像 

要从多个摄像头同时获取图像, 首先从每个摄像头抓取一帧. 在抓取动作都结束后再恢复帧图像.

释放抓取源: 
 

cvReleaseCapture(&capture); 

注意由设备抓取的图像是由capture函数自动分配和释放的. 不要试图自己释放它.

 

获取/设定帧信息

获取设备特性: 

cvQueryFrame(capture); // this call is necessary to get correct                         // capture properties
int frameH    = (int) cvGetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT);
int frameW    = (int) cvGetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH);
int fps       = (int) cvGetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_FPS);
int numFrames = (int) cvGetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_FRAME_COUNT);

所有帧数似乎只与视频文件有关. 用摄像头时不对,奇怪!!!.

 

获取帧信息:

float posMsec    = cvGetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_POS_MSEC);
int posFrames    = (int) cvGetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_POS_FRAMES);
float posRatio   = cvGetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_POS_AVI_RATIO); 

获取所抓取帧在视频序列中的位置, 从首帧开始按[毫秒]算. 或者从首帧开始从0标号, 获取所抓取帧的标号. 或者取相对位置,首帧为0,末帧为1, 只对视频文件有效.

设定所抓取的第一帧标号: 

// 从视频文件相对位置0.9处开始抓取
cvSetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_POS_AVI_RATIO, (double)0.9); 

只对从视频文件抓取有效. 不过似乎也不成功!!!

 存储视频文件

初始化视频存储器:

CvVideoWriter *writer = 0;
int isColor  = 1;
int fps      = 25;   // or 30
int frameW   = 640; // 744 for firewire cameras
int frameH   = 480; // 480 for firewire cameras
writer = cvCreateVideoWriter("out.avi",CV_FOURCC('P','I','M','1'),fps,cvSize(frameW,frameH),isColor); 

其他有效编码:

CV_FOURCC('P','I','M','1')    = MPEG-1 codec
CV_FOURCC('M','J','P','G')    = motion-jpeg codec (does not work well)
CV_FOURCC('M', 'P', '4', '2') = MPEG-4.2 codec
CV_FOURCC('D', 'I', 'V', '3') = MPEG-4.3 codec
CV_FOURCC('D', 'I', 'V', 'X') = MPEG-4 codec
CV_FOURCC('U', '2', '6', '3') = H263 codec
CV_FOURCC('I', '2', '6', '3') = H263I codec
CV_FOURCC('F', 'L', 'V', '1') = FLV1 codec 

若把视频编码设为-1则将打开一个编码选择窗口(windows系统下).

 

存储视频文件:

IplImage* img = 0; 
int nFrames = 50;
for(i=0;i<nFrames;i++)
{ 
  cvGrabFrame(capture);           // 抓取帧
  img=cvRetrieveFrame(capture);   // 恢复图像 
  cvWriteFrame(writer,img);       // 将帧添加入视频文件
} 

若想在抓取中查看抓取图像, 可在循环中加入下列代码:

cvShowImage("mainWin", img); 
key=cvWaitKey(20);            // wait 20 ms 

若没有20[毫秒]延迟,将无法正确显示视频序列.

释放视频存储器: 
 

cvReleaseVideoWriter(&writer); 

 

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