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
  10 #ifdef CUFFT
  11 #include <cufft.h>
  12 #endif
  13
  14 class ComplexMat_ {
  15   public:
  16     typedef float T;
  17
  18     uint cols;
  19     uint rows;
  20     uint n_channels;
  21     uint n_scales;
  22
  23     ComplexMat_(uint _rows, uint _cols, uint _n_channels, uint _n_scales = 1)
  24         : cols(_cols), rows(_rows), n_channels(_n_channels * _n_scales), n_scales(_n_scales),
  25           p_data(n_channels * cols * rows) {}
  26     ComplexMat_(cv::Size size, uint _n_channels, uint _n_scales = 1)
  27         : cols(size.width), rows(size.height), n_channels(_n_channels * _n_scales), n_scales(_n_scales)
  28         , p_data(n_channels * cols * rows) {}
  29
  30     // assuming that mat has 2 channels (real, img)
  31     ComplexMat_(const cv::Mat &mat) : cols(uint(mat.cols)), rows(uint(mat.rows)), n_channels(1), n_scales(1)
  32                                     , p_data(n_channels * cols * rows)
  33     {
  34         memcpy(p_data.hostMem(), mat.ptr<std::complex<T>>(), mat.total() * mat.elemSize());
  35     }
  36
  37     static ComplexMat_ same_size(const ComplexMat_ &o)
  38     {
  39         return ComplexMat_(o.rows, o.cols, o.n_channels / o.n_scales, o.n_scales);
  40     }
  41
  42     // cv::Mat API compatibility
  43     cv::Size size() const { return cv::Size(cols, rows); }
  44     uint channels() const { return n_channels; }
  45
  46     // assuming that mat has 2 channels (real, imag)
  47     void set_channel(uint idx, const cv::Mat &mat)
  48     {
  49         assert(idx < n_channels);
  50         for (uint i = 0; i < rows; ++i) {
  51             const std::complex<T> *row = mat.ptr<std::complex<T>>(i);
  52             for (uint j = 0; j < cols; ++j)
  53                 p_data.hostMem()[idx * rows * cols + i * cols + j] = row[j];
  54         }
  55     }
  56
  57     T sqr_norm() const;
  58
  59     void sqr_norm(DynMem_<T> &result) const;
  60
  61     ComplexMat_ sqr_mag() const;
  62
  63     ComplexMat_ conj() const;
  64
  65     ComplexMat_ sum_over_channels() const;
  66
  67     // return 2 channels (real, imag) for first complex channel
  68     cv::Mat to_cv_mat() const
  69     {
  70         assert(p_data.num_elem >= 1);
  71         return channel_to_cv_mat(0);
  72     }
  73     // return a vector of 2 channels (real, imag) per one complex channel
  74     std::vector<cv::Mat> to_cv_mat_vector() const
  75     {
  76         std::vector<cv::Mat> result;
  77         result.reserve(n_channels);
  78
  79         for (uint i = 0; i < n_channels; ++i)
  80             result.push_back(channel_to_cv_mat(i));
  81
  82         return result;
  83     }
  84
  85     std::complex<T> *get_p_data() { return p_data.hostMem(); }
  86     const std::complex<T> *get_p_data() const { return p_data.hostMem(); }
  87
  88 #ifdef CUFFT
  89     cufftComplex *get_dev_data() { return (cufftComplex*)p_data.deviceMem(); }
  90     const cufftComplex *get_dev_data() const { return (cufftComplex*)p_data.deviceMem(); }
  91 #endif
  92
  93     // element-wise per channel multiplication, division and addition
  94     ComplexMat_ operator*(const ComplexMat_ &rhs) const;
  95     ComplexMat_ operator/(const ComplexMat_ &rhs) const;
  96     ComplexMat_ operator+(const ComplexMat_ &rhs) const;
  97
  98     // multiplying or adding constant
  99     ComplexMat_ operator*(const T &rhs) const;
 100     ComplexMat_ operator+(const T &rhs) const;
 101
 102     // multiplying element-wise multichannel by one channel mats (rhs mat is with one channel)
 103     ComplexMat_ mul(const ComplexMat_ &rhs) const;
 104
 105     // multiplying element-wise multichannel mats - same as operator*(ComplexMat), but without allocating memory for the result
 106     ComplexMat_ muln(const ComplexMat_ &rhs) const
 107     {
 108         return mat_mat_operator([](std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
 109     }
 110
 111     // text output
 112     friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const ComplexMat_ &mat)
 113     {
 114         // for (int i = 0; i < mat.n_channels; ++i){
 115         for (int i = 0; i < 1; ++i) {
 116             os << "Channel " << i << std::endl;
 117             for (uint j = 0; j < mat.rows; ++j) {
 118                 for (uint k = 0; k < mat.cols - 1; ++k)
 119                     os << mat.p_data[j * mat.cols + k] << ", ";
 120                 os << mat.p_data[j * mat.cols + mat.cols - 1] << std::endl;
 121             }
 122         }
 123         return os;
 124     }
 125
 126   private:
 127     DynMem_<std::complex<T>> p_data;
 128
 129     // convert 2 channel mat (real, imag) to vector row-by-row
 130     std::vector<std::complex<T>> convert(const cv::Mat &mat)
 131     {
 132         std::vector<std::complex<T>> result;
 133         result.reserve(mat.cols * mat.rows);
 134         for (int y = 0; y < mat.rows; ++y) {
 135             const T *row_ptr = mat.ptr<T>(y);
 136             for (int x = 0; x < 2 * mat.cols; x += 2) {
 137                 result.push_back(std::complex<T>(row_ptr[x], row_ptr[x + 1]));
 138             }
 139         }
 140         return result;
 141     }
 142
 143     ComplexMat_ mat_mat_operator(void (*op)(std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs),
 144                                     const ComplexMat_ &mat_rhs) const
 145     {
 146         assert(mat_rhs.n_channels == n_channels/n_scales && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
 147
 148         ComplexMat_ result = *this;
 149         for (uint s = 0; s < n_scales; ++s) {
 150             auto lhs = result.p_data.hostMem() + (s * n_channels/n_scales * rows * cols);
 151             auto rhs = mat_rhs.p_data.hostMem();
 152             for (uint i = 0; i < n_channels/n_scales * rows * cols; ++i)
 153                 op(*(lhs + i), *(rhs + i));
 154         }
 155
 156         return result;
 157     }
 158     ComplexMat_ matn_mat1_operator(void (*op)(std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs),
 159                                       const ComplexMat_ &mat_rhs) const
 160     {
 161         assert(mat_rhs.n_channels == 1 && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
 162
 163         ComplexMat_ result = *this;
 164         for (uint i = 0; i < n_channels; ++i) {
 165             auto lhs = result.p_data.hostMem() + i * rows * cols;
 166             auto rhs = mat_rhs.p_data.hostMem();
 167             for (; lhs != result.p_data.hostMem() + (i + 1) * rows * cols; ++lhs, ++rhs)
 168                 op(*lhs, *rhs);
 169         }
 170
 171         return result;
 172     }
 173     ComplexMat_ matn_mat2_operator(void (*op)(std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs),
 174                                       const ComplexMat_ &mat_rhs) const
 175     {
 176         assert(mat_rhs.n_channels == n_channels / n_scales && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
 177
 178         int n_channels_per_scale = n_channels / n_scales;
 179         int scale_offset = n_channels_per_scale * rows * cols;
 180         ComplexMat_ result = *this;
 181         for (uint i = 0; i < n_scales; ++i) {
 182             for (int j = 0; j < n_channels_per_scale; ++j) {
 183                 auto lhs = result.p_data.hostMem() + (j * rows * cols) + (i * scale_offset);
 184                 auto rhs = mat_rhs.p_data.hostMem() + (j * rows * cols);
 185                 for (; lhs != result.p_data.hostMem() + ((j + 1) * rows * cols) + (i * scale_offset); ++lhs, ++rhs)
 186                     op(*lhs, *rhs);
 187             }
 188         }
 189
 190         return result;
 191     }
 192     ComplexMat_ mat_const_operator(const std::function<void(std::complex<T> &c_rhs)> &op) const
 193     {
 194         ComplexMat_ result = *this;
 195         for (uint i = 0; i < n_channels; ++i)
 196             for (auto lhs = result.p_data.hostMem() + i * rows * cols;
 197                  lhs != result.p_data.hostMem() + (i + 1) * rows * cols; ++lhs)
 198                 op(*lhs);
 199         return result;
 200     }
 201
 202     cv::Mat channel_to_cv_mat(int channel_id) const
 203     {
 204         cv::Mat result(rows, cols, CV_32FC2);
 205         for (uint y = 0; y < rows; ++y) {
 206             std::complex<T> *row_ptr = result.ptr<std::complex<T>>(y);
 207             for (uint x = 0; x < cols; ++x) {
 208                 row_ptr[x] = p_data[channel_id * rows * cols + y * cols + x];
 209             }
 210         }
 211         return result;
 212     }
 213 };
 214
 215 typedef ComplexMat_ ComplexMat;
 216
 217 #endif // COMPLEX_MAT_HPP_213123048309482094