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*cols*rows);
  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 = convert(mat);
  26     }
  27
  28     // cv::Mat API compatibility
  29     cv::Size size() { return cv::Size(cols, rows); }
  30     int channels() { return n_channels; }
  31
  32     //assuming that mat has 2 channels (real, imag)
  33     void set_channel(int idx, const cv::Mat & mat)
  34     {
  35         assert(idx >= 0 && idx < n_channels);
  36         for (int i = 0; i < rows; ++i){
  37             const std::complex<T> *row = mat.ptr<std::complex<T>>(i);
  38             for (int j = 0; j < cols; ++j)
  39                 p_data[idx*rows*cols+i*cols+j]=row[j];
  40         }
  41     }
  42
  43     T sqr_norm() const
  44     {
  45         T sum_sqr_norm = 0;
  46         for (int i = 0; i < n_channels; ++i)
  47             for (auto lhs = p_data.begin()+i*rows*cols; lhs != p_data.begin()+(i+1)*rows*cols; ++lhs)
  48                 sum_sqr_norm += lhs->real()*lhs->real() + lhs->imag()*lhs->imag();
  49
  50         return sum_sqr_norm / static_cast<T>(cols*rows);
  51     }
  52
  53     ComplexMat_<T> sqr_mag() const
  54     {
  55         return mat_const_operator( [](std::complex<T> & c) { c = c.real()*c.real() + c.imag()*c.imag(); } );
  56     }
  57
  58     ComplexMat_<T> conj() const
  59     {
  60         return mat_const_operator( [](std::complex<T> & c) { c = std::complex<T>(c.real(), -c.imag()); } );
  61     }
  62
  63     ComplexMat_<T> sum_over_channels() const
  64     {
  65         assert(p_data.size() > 1);
  66         ComplexMat_<T> result(this->rows, this->cols, 1);
  67         std::copy(p_data.begin(),p_data.begin()+rows*cols, result.p_data.begin());
  68         std::cout << "TEST\n"<< *this << std::endl;
  69         for (int i = 1; i < n_channels; ++i) {
  70             std::transform(result.p_data.begin(), result.p_data.end(), p_data.begin()+i*rows*cols, result.p_data.begin(), std::plus<std::complex<T>>());
  71         }
  72         return result;
  73     }
  74
  75     //return 2 channels (real, imag) for first complex channel
  76     cv::Mat to_cv_mat() const
  77     {
  78         assert(p_data.size() >= 1);
  79         return channel_to_cv_mat(0);
  80     }
  81     // return a vector of 2 channels (real, imag) per one complex channel
  82     std::vector<cv::Mat> to_cv_mat_vector() const
  83     {
  84         std::vector<cv::Mat> result;
  85         result.reserve(n_channels);
  86
  87         for (int i = 0; i < n_channels; ++i)
  88             result.push_back(channel_to_cv_mat(i));
  89
  90         return result;
  91     }
  92
  93     std::vector<std::complex<T>> get_p_data() const
  94     {
  95         return p_data;
  96     }
  97
  98     //element-wise per channel multiplication, division and addition
  99     ComplexMat_<T> operator*(const ComplexMat_<T> & rhs) const
 100     {
 101         return mat_mat_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
 102     }
 103     ComplexMat_<T> operator/(const ComplexMat_<T> & rhs) const
 104     {
 105         return mat_mat_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs) { c_lhs /= c_rhs; }, rhs);
 106     }
 107     ComplexMat_<T> operator+(const ComplexMat_<T> & rhs) const
 108     {
 109         return mat_mat_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs)  { c_lhs += c_rhs; }, rhs);
 110     }
 111
 112     //multiplying or adding constant
 113     ComplexMat_<T> operator*(const T & rhs) const
 114     {
 115         return mat_const_operator( [&rhs](std::complex<T> & c) { c *= rhs; });
 116     }
 117     ComplexMat_<T> operator+(const T & rhs) const
 118     {
 119         return mat_const_operator( [&rhs](std::complex<T> & c) { c += rhs; });
 120     }
 121
 122     //multiplying element-wise multichannel by one channel mats (rhs mat is with one channel)
 123     ComplexMat_<T> mul(const ComplexMat_<T> & rhs) const
 124     {
 125         return matn_mat1_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
 126     }
 127
 128     //text output
 129     friend std::ostream & operator<<(std::ostream & os, const ComplexMat_<T> & mat)
 130     {
 131         //for (int i = 0; i < mat.n_channels; ++i){
 132         for (int i = 0; i < 1; ++i){
 133             os << "Channel " << i << std::endl;
 134             for (int j = 0; j < mat.rows; ++j) {
 135                 for (int k = 0; k < mat.cols-1; ++k)
 136                     os << mat.p_data[j*mat.cols + k] << ", ";
 137                 os << mat.p_data[j*mat.cols + mat.cols-1] << std::endl;
 138             }
 139         }
 140         return os;
 141     }
 142
 143
 144 private:
 145     std::vector<std::complex<T>> p_data;
 146
 147     //convert 2 channel mat (real, imag) to vector row-by-row
 148     std::vector<std::complex<T>> convert(const cv::Mat & mat)
 149     {
 150         std::vector<std::complex<T>> result;
 151         result.reserve(mat.cols*mat.rows);
 152         for (int y = 0; y < mat.rows; ++y) {
 153             const T * row_ptr = mat.ptr<T>(y);
 154             for (int x = 0; x < 2*mat.cols; x += 2){
 155                 result.push_back(std::complex<T>(row_ptr[x], row_ptr[x+1]));
 156             }
 157         }
 158         return result;
 159     }
 160
 161     ComplexMat_<T> mat_mat_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 == n_channels && 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.begin()+i*rows*cols;
 168             auto rhs = mat_rhs.p_data.begin()+i*rows*cols;
 169             for ( ; lhs != result.p_data.begin()+(i+1)*rows*cols; ++lhs, ++rhs)
 170                 op(*lhs, *rhs);
 171         }
 172
 173         return result;
 174     }
 175     ComplexMat_<T> matn_mat1_operator(void (*op)(std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs), const ComplexMat_<T> & mat_rhs) const
 176     {
 177         assert(mat_rhs.n_channels == 1 && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
 178
 179         ComplexMat_<T> result = *this;
 180         for (int i = 0; i < n_channels; ++i) {
 181             auto lhs = result.p_data.begin()+i*rows*cols;
 182             auto rhs = mat_rhs.p_data.begin();
 183             for ( ; lhs != result.p_data.begin()+(i+1)*rows*cols; ++lhs, ++rhs)
 184                 op(*lhs, *rhs);
 185         }
 186
 187         return result;
 188     }
 189     ComplexMat_<T> mat_const_operator(const std::function<void(std::complex<T> & c_rhs)> & op) const
 190     {
 191         ComplexMat_<T> result = *this;
 192         for (int i = 0; i < n_channels; ++i)
 193             for (auto lhs = result.p_data.begin()+i*rows*cols; lhs != result.p_data.begin()+(i+1)*rows*cols; ++lhs)
 194                 op(*lhs);
 195         return result;
 196     }
 197
 198     cv::Mat channel_to_cv_mat(int channel_id) const
 199     {
 200         cv::Mat result(rows, cols, CV_32FC2);
 201         int data_id = 0;
 202         for (int y = 0; y < rows; ++y) {
 203             std::complex<T> * row_ptr = result.ptr<std::complex<T>>(y);
 204             for (int x = 0; x < cols; ++x){
 205                 row_ptr[x] = p_data[channel_id*rows*cols+y*cols+x];
 206             }
 207         }
 208         return result;
 209     }
 210
 211 };
 212
 213 typedef ComplexMat_<float> ComplexMat;
 214
 215
 216 #endif //COMPLEX_MAT_HPP_213123048309482094