Opencv CvMat操作

分类：VB作者：编程之家用户

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: 
    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,CV_32FC1);
    cvReleaseMat(&M);

  • 复制矩阵: 
    CvMat* M1 = cvCreateMat(4,CV_32FC1);
    CvMat* M2;
    M2=cvCloneMat(M1);

  • 初始化矩阵: 
    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:

    CvMat Ma;
    cvInitMatHeader(&Ma,a);

  • 初始化矩阵为单位阵: 
    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,j); // Get M(i,j)

  • 直接存取，假设使用4-字节校正: 
    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: 
    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,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,Mc);  // Ma-Mb  -> Mc
    cvMatMul(Ma,Mc);  // Ma*Mb  -> Mc

  • 按元素的矩阵操作: 
    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: 
    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: 
    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: 
    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): 
    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: 
    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: 
    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','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: 
    cvReleaseVideoWriter(&writer);

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