src/complexmat.hpp

   1 #ifndef COMPLEX_MAT_HPP_213123048309482094
   2 #define COMPLEX_MAT_HPP_213123048309482094
   3
   4 #include <opencv2/opencv.hpp>
   5 #include <vector>
   6 #include <algorithm>
   7 #include <functional>
   8 #include "dynmem.hpp"
   9 #include "pragmas.h"
  10
  11 #ifdef CUFFT
  12 #include <cufft.h>
  13 #endif
  14
  15 class ComplexMat_ {
  16   public:
  17     typedef float T;
  18
  19     uint cols;
  20     uint rows;
  21     uint n_channels;
  22     uint n_scales;
  23
  24     ComplexMat_(uint _rows, uint _cols, uint _n_channels, uint _n_scales = 1)
  25         : cols(_cols), rows(_rows), n_channels(_n_channels * _n_scales), n_scales(_n_scales),
  26           p_data(n_channels * cols * rows) {}
  27     ComplexMat_(cv::Size size, uint _n_channels, uint _n_scales = 1)
  28         : cols(size.width), rows(size.height), n_channels(_n_channels * _n_scales), n_scales(_n_scales)
  29         , p_data(n_channels * cols * rows) {}
  30
  31     // assuming that mat has 2 channels (real, img)
  32     ComplexMat_(const cv::Mat &mat) : cols(uint(mat.cols)), rows(uint(mat.rows)), n_channels(1), n_scales(1)
  33                                     , p_data(n_channels * cols * rows)
  34     {
  35         cudaSync();
  36         memcpy(p_data.hostMem(), mat.ptr<std::complex<T>>(), mat.total() * mat.elemSize());
  37     }
  38
  39     static ComplexMat_ same_size(const ComplexMat_ &o)
  40     {
  41         return ComplexMat_(o.rows, o.cols, o.n_channels / o.n_scales, o.n_scales);
  42     }
  43
  44     // cv::Mat API compatibility
  45     cv::Size size() const { return cv::Size(cols, rows); }
  46     uint channels() const { return n_channels; }
  47
  48     // assuming that mat has 2 channels (real, imag)
  49     void set_channel(uint idx, const cv::Mat &mat)
  50     {
  51         assert(idx < n_channels);
  52         cudaSync();
  53         for (uint i = 0; i < rows; ++i) {
  54             const std::complex<T> *row = mat.ptr<std::complex<T>>(i);
  55             for (uint j = 0; j < cols; ++j)
  56                 p_data.hostMem()[idx * rows * cols + i * cols + j] = row[j];
  57         }
  58     }
  59
  60     T sqr_norm() const;
  61
  62     void sqr_norm(DynMem_<T> &result) const;
  63
  64     ComplexMat_ sqr_mag() const;
  65
  66     ComplexMat_ conj() const;
  67
  68     ComplexMat_ sum_over_channels() const;
  69
  70     // return 2 channels (real, imag) for first complex channel
  71     cv::Mat to_cv_mat() const
  72     {
  73         assert(p_data.num_elem >= 1);
  74         return channel_to_cv_mat(0);
  75     }
  76     // return a vector of 2 channels (real, imag) per one complex channel
  77     std::vector<cv::Mat> to_cv_mat_vector() const
  78     {
  79         std::vector<cv::Mat> result;
  80         result.reserve(n_channels);
  81
  82         for (uint i = 0; i < n_channels; ++i)
  83             result.push_back(channel_to_cv_mat(i));
  84
  85         return result;
  86     }
  87
  88     std::complex<T> *get_p_data() {
  89         cudaSync();
  90         return p_data.hostMem();
  91     }
  92     const std::complex<T> *get_p_data() const {
  93         cudaSync();
  94         return p_data.hostMem();
  95     }
  96
  97 #ifdef CUFFT
  98     cufftComplex *get_dev_data() { return (cufftComplex*)p_data.deviceMem(); }
  99     const cufftComplex *get_dev_data() const { return (cufftComplex*)p_data.deviceMem(); }
 100 #endif
 101
 102     // element-wise per channel multiplication, division and addition
 103     ComplexMat_ operator*(const ComplexMat_ &rhs) const;
 104     ComplexMat_ operator/(const ComplexMat_ &rhs) const;
 105     ComplexMat_ operator+(const ComplexMat_ &rhs) const;
 106
 107     // multiplying or adding constant
 108     ComplexMat_ operator*(const T &rhs) const;
 109     ComplexMat_ operator+(const T &rhs) const;
 110
 111     // multiplying element-wise multichannel by one channel mats (rhs mat is with one channel)
 112     ComplexMat_ mul(const ComplexMat_ &rhs) const;
 113
 114     // multiplying element-wise multichannel mats - same as operator*(ComplexMat), but without allocating memory for the result
 115     ComplexMat_ muln(const ComplexMat_ &rhs) const
 116     {
 117         return mat_mat_operator([](std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
 118     }
 119
 120     // text output
 121     friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const ComplexMat_ &mat)
 122     {
 123         // for (int i = 0; i < mat.n_channels; ++i){
 124         for (int i = 0; i < 1; ++i) {
 125             os << "Channel " << i << std::endl;
 126             for (uint j = 0; j < mat.rows; ++j) {
 127                 for (uint k = 0; k < mat.cols - 1; ++k)
 128                     os << mat.p_data[j * mat.cols + k] << ", ";
 129                 os << mat.p_data[j * mat.cols + mat.cols - 1] << std::endl;
 130             }
 131         }
 132         return os;
 133     }
 134
 135   private:
 136     DynMem_<std::complex<T>> p_data;
 137
 138     // convert 2 channel mat (real, imag) to vector row-by-row
 139     std::vector<std::complex<T>> convert(const cv::Mat &mat)
 140     {
 141         std::vector<std::complex<T>> result;
 142         result.reserve(mat.cols * mat.rows);
 143         for (int y = 0; y < mat.rows; ++y) {
 144             const T *row_ptr = mat.ptr<T>(y);
 145             for (int x = 0; x < 2 * mat.cols; x += 2) {
 146                 result.push_back(std::complex<T>(row_ptr[x], row_ptr[x + 1]));
 147             }
 148         }
 149         return result;
 150     }
 151
 152     ComplexMat_ mat_mat_operator(void (*op)(std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs),
 153                                  const ComplexMat_ &mat_rhs) const;
 154     ComplexMat_ matn_mat1_operator(void (*op)(std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs),
 155                                    const ComplexMat_ &mat_rhs) const;
 156     ComplexMat_ matn_mat2_operator(void (*op)(std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs),
 157                                    const ComplexMat_ &mat_rhs) const;
 158     ComplexMat_ mat_const_operator(const std::function<void(std::complex<T> &c_rhs)> &op) const;
 159
 160     cv::Mat channel_to_cv_mat(int channel_id) const
 161     {
 162         cv::Mat result(rows, cols, CV_32FC2);
 163         for (uint y = 0; y < rows; ++y) {
 164             std::complex<T> *row_ptr = result.ptr<std::complex<T>>(y);
 165             for (uint x = 0; x < cols; ++x) {
 166                 row_ptr[x] = p_data[channel_id * rows * cols + y * cols + x];
 167             }
 168         }
 169         return result;
 170     }
 171
 172 #ifdef CUFFT
 173     void cudaSync() const;
 174 #else
 175     void cudaSync() const {}
 176 #endif
 177 };
 178
 179 typedef ComplexMat_ ComplexMat;
 180
 181 #endif // COMPLEX_MAT_HPP_213123048309482094