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
   9 template<typename T> class ComplexMat_
  10 {
  11 public:
  12     int cols;
  13     int rows;
  14     int n_channels;
  15
  16     ComplexMat_() : cols(0), rows(0), n_channels(0) {}
  17     ComplexMat_(int _rows, int _cols, int _n_channels) : cols(_cols), rows(_rows), n_channels(_n_channels)
  18     {
  19         p_data.resize(n_channels);
  20     }
  21
  22     //assuming that mat has 2 channels (real, img)
  23     ComplexMat_(const cv::Mat & mat) : cols(mat.cols), rows(mat.rows), n_channels(1)
  24     {
  25         p_data.push_back(convert(mat));
  26     }
  27
  28     //assuming that mat has 2 channels (real, imag)
  29     void set_channel(int idx, const cv::Mat & mat)
  30     {
  31         assert(idx >= 0 && idx < n_channels);
  32         p_data[idx] = convert(mat);
  33     }
  34
  35     T sqr_norm() const
  36     {
  37         T sum_sqr_norm = 0;
  38         for (int i = 0; i < n_channels; ++i)
  39             for (auto lhs = p_data[i].begin(); lhs != p_data[i].end(); ++lhs)
  40                 sum_sqr_norm += lhs->real()*lhs->real() + lhs->imag()*lhs->imag();
  41             //std::for_each(p_data[i].begin(), p_data[i].end(), [&sum_sqr_norm](const std::complex<T> & c) { sum_sqr_norm += c.real()*c.real() + c.imag()*c.imag(); } );
  42         return sum_sqr_norm / static_cast<T>(cols*rows);
  43     }
  44
  45     ComplexMat_<T> sqr_mag() const
  46     {
  47         return mat_const_operator( [](std::complex<T> & c) { c = c.real()*c.real() + c.imag()*c.imag(); } );
  48     }
  49
  50     ComplexMat_<T> conj() const
  51     {
  52         return mat_const_operator( [](std::complex<T> & c) { c = std::complex<T>(c.real(), -c.imag()); } );
  53     }
  54
  55     ComplexMat_<T> sum_over_channels() const
  56     {
  57         assert(p_data.size() > 1);
  58         ComplexMat_<T> result(this->rows, this->cols, 1);
  59         result.p_data[0] = p_data[0];
  60         for (int i = 1; i < n_channels; ++i) {
  61             std::transform(result.p_data[0].begin(), result.p_data[0].end(), p_data[i].begin(), result.p_data[0].begin(), std::plus<std::complex<T>>());
  62         }
  63         return result;
  64     }
  65
  66     //return 2 channels (real, imag) for first complex channel
  67     cv::Mat to_cv_mat() const
  68     {
  69         assert(p_data.size() >= 1);
  70         return channel_to_cv_mat(0);
  71     }
  72     //return a vector of 2 channels (real, imag) per one complex channel
  73     std::vector<cv::Mat> to_cv_mat_vector() const
  74     {
  75         std::vector<cv::Mat> result;
  76         result.reserve(n_channels);
  77
  78         for (int i = 0; i < n_channels; ++i)
  79             result.push_back(channel_to_cv_mat(i));
  80
  81         return result;
  82     }
  83
  84     //element-wise per channel multiplication, division and addition
  85     ComplexMat_<T> operator*(const ComplexMat_<T> & rhs) const
  86     {
  87         return mat_mat_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
  88     }
  89     ComplexMat_<T> operator/(const ComplexMat_<T> & rhs) const
  90     {
  91         return mat_mat_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs) { c_lhs /= c_rhs; }, rhs);
  92     }
  93     ComplexMat_<T> operator+(const ComplexMat_<T> & rhs) const
  94     {
  95         return mat_mat_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs)  { c_lhs += c_rhs; }, rhs);
  96     }
  97
  98     //multiplying or adding constant
  99     ComplexMat_<T> operator*(const T & rhs) const
 100     {
 101         return mat_const_operator( [&rhs](std::complex<T> & c) { c *= rhs; });
 102     }
 103     ComplexMat_<T> operator+(const T & rhs) const
 104     {
 105         return mat_const_operator( [&rhs](std::complex<T> & c) { c += rhs; });
 106     }
 107
 108     //multiplying element-wise multichannel by one channel mats (rhs mat is with one channel)
 109     ComplexMat_<T> mul(const ComplexMat_<T> & rhs) const
 110     {
 111         return matn_mat1_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
 112     }
 113
 114     //text output
 115     friend std::ostream & operator<<(std::ostream & os, const ComplexMat_<T> & mat)
 116     {
 117         //for (int i = 0; i < mat.n_channels; ++i){
 118         for (int i = 0; i < 1; ++i){
 119             os << "Channel " << i << std::endl;
 120             for (int j = 0; j < mat.rows; ++j) {
 121                 for (int k = 0; k < mat.cols-1; ++k)
 122                     os << mat.p_data[i][j*mat.cols + k] << ", ";
 123                 os << mat.p_data[i][j*mat.cols + mat.cols-1] << std::endl;
 124             }
 125         }
 126         return os;
 127     }
 128
 129
 130 private:
 131     std::vector<std::vector<std::complex<T>>> p_data;
 132
 133     //convert 2 channel mat (real, imag) to vector row-by-row
 134     std::vector<std::complex<T>> convert(const cv::Mat & mat)
 135     {
 136         std::vector<std::complex<T>> result;
 137         result.reserve(mat.cols*mat.rows);
 138         for (int y = 0; y < mat.rows; ++y) {
 139             const T * row_ptr = mat.ptr<T>(y);
 140             for (int x = 0; x < 2*mat.cols; x += 2){
 141                 result.push_back(std::complex<T>(row_ptr[x], row_ptr[x+1]));
 142             }
 143         }
 144         return result;
 145     }
 146
 147     ComplexMat_<T> mat_mat_operator(void (*op)(std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs), const ComplexMat_<T> & mat_rhs) const
 148     {
 149         assert(mat_rhs.n_channels == n_channels && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
 150
 151         ComplexMat_<T> result = *this;
 152         for (int i = 0; i < n_channels; ++i) {
 153             auto lhs = result.p_data[i].begin();
 154             auto rhs = mat_rhs.p_data[i].begin();
 155             for ( ; lhs != result.p_data[i].end(); ++lhs, ++rhs)
 156                 op(*lhs, *rhs);
 157         }
 158
 159         return result;
 160     }
 161     ComplexMat_<T> matn_mat1_operator(void (*op)(std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs), const ComplexMat_<T> & mat_rhs) const
 162     {
 163         assert(mat_rhs.n_channels == 1 && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
 164
 165         ComplexMat_<T> result = *this;
 166         for (int i = 0; i < n_channels; ++i) {
 167             auto lhs = result.p_data[i].begin();
 168             auto rhs = mat_rhs.p_data[0].begin();
 169             for ( ; lhs != result.p_data[i].end(); ++lhs, ++rhs)
 170                 op(*lhs, *rhs);
 171         }
 172
 173         return result;
 174     }
 175     ComplexMat_<T> mat_const_operator(const std::function<void(std::complex<T> & c_rhs)> & op) const
 176     {
 177         ComplexMat_<T> result = *this;
 178         for (int i = 0; i < n_channels; ++i)
 179             for (auto lhs = result.p_data[i].begin(); lhs != result.p_data[i].end(); ++lhs)
 180                 op(*lhs);
 181         return result;
 182     }
 183
 184     cv::Mat channel_to_cv_mat(int channel_id) const
 185     {
 186         cv::Mat result(rows, cols, CV_32FC2);
 187         int data_id = 0;
 188         for (int y = 0; y < rows; ++y) {
 189             T * row_ptr = result.ptr<T>(y);
 190             for (int x = 0; x < 2*cols; x += 2){
 191                 row_ptr[x] = p_data[channel_id][data_id].real();
 192                 row_ptr[x+1] = p_data[channel_id][data_id++].imag();
 193             }
 194         }
 195         return result;
 196     }
 197
 198 };
 199
 200 typedef ComplexMat_<float> ComplexMat;
 201
 202
 203 #endif //COMPLEX_MAT_HPP_213123048309482094