Opencv Mat记录

分配释放矩阵空间

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:
1. 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:
1. CvMat* M = cvCreateMat(4,CV_32FC1);
  cvReleaseMat(&M);
复制矩阵:
1. CvMat* M1 = cvCreateMat(4,CV_32FC1);
  CvMat* M2;
  M2=cvCloneMat(M1);
初始化矩阵:
1. double a[] = { 1,2,3,
  5,6,7,8,
  9,10,11,12 };
  
  CvMat Ma=cvMat(3,CV_64FC1,a);

另一种方法:

1. CvMat Ma;
  cvInitMatHeader(&Ma,a);
初始化矩阵为单位阵:
1. 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:
1. cvmSet(M,i,j,2.0); // Set M(i,j)
  t = cvmGet(M,j); // Get M(i,j)
直接存取，假设使用4-字节校正:
1. CvMat* M = cvCreateMat(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:
1. 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:
1. double a[16];
  CvMat Ma = cvMat(3,a);
  a[i*4+j] = 2.0; // Ma(i,j)=2.0;

矩阵/向量操作

矩阵-矩阵操作:
1. CvMat *Ma,*Mb,*Mc;
  cvAdd(Ma,Mb,Mc); // Ma+Mb -> Mc
  cvSub(Ma,Mc); // Ma-Mb -> Mc
  cvMatMul(Ma,Mc); // Ma*Mb -> Mc
按元素的矩阵操作:
1. cvMul(Ma,Mc); // Ma.*Mb -> Mc
  cvDiv(Ma,Mc); // Ma./Mb -> Mc
  cvAddS(Ma,cvScalar(-10.0),Mc); // Ma.-10 -> Mc
向量乘积:
1. double va[] = {1,3};
  double vb[] = {0,1};
  double vc[3];
  
  CvMat Va=cvMat(3,1,va);
  CvMat Vb=cvMat(3,vb);
  CvMat Vc=cvMat(3,vc);
  
  double res=cvDotProduct(&Va,&Vb); // 点乘: Va . Vb -> res
  cvCrossProduct(&Va,&Vb,&Vc); // 向量积: Va x Vb -> Vc
  end{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:
1. cvTranspose(Ma,Mb); // transpose(Ma) -> Mb (不能对自身进行转置)
  CvScalar t = cvTrace(Ma); // trace(Ma) -> t.val[0]
  double d = cvDet(Ma); // det(Ma) -> d
  cvInvert(Ma,Mb); // inv(Ma) -> Mb
非齐次线性系统求解:
1. CvMat* A = cvCreateMat(3,CV_32FC1);
  CvMat* x = cvCreateMat(3,CV_32FC1);
  CvMat* b = cvCreateMat(3,CV_32FC1);
  cvSolve(&A,&b,&x); // solve (Ax=b) for x
特征值分析(针对对称矩阵):
1. CvMat* E = cvCreateMat(3,CV_32FC1);
  CvMat* l = cvCreateMat(3,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:
1. CvMat* U = cvCreateMat(3,CV_32FC1);
  CvMat* D = cvCreateMat(3,CV_32FC1);
  CvMat* V = cvCreateMat(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:
1. CvCapture* capture = cvCaptureFromCAM(0); // capture from video device #0
从视频文件获取初始化:
1. CvCapture* capture = cvCaptureFromAVI("infile.avi");
抓取帧:
1. 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:
1. 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:
1. 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.

获取帧信息:
1. 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:
1. // 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:
1. 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','1') = MPEG-1 codec
CV_FOURCC('M','J','P','G') = motion-jpeg codec (does not work well)
CV_FOURCC('M','4','2') = MPEG-4.2 codec
CV_FOURCC('D','V','3') = MPEG-4.3 codec
CV_FOURCC('D','X') = MPEG-4 codec
CV_FOURCC('U','2','6','3') = H263 codec
CV_FOURCC('I','3') = H263I codec
CV_FOURCC('F','L','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:
1. cvReleaseVideoWriter(&writer);

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