]> rtime.felk.cvut.cz Git - hercules2020/kcf.git/blobdiff - src/complexmat.hpp
Do not allow creation of ComplexMat with unknown size
[hercules2020/kcf.git] / src / complexmat.hpp
index bf7bab46187b8544f251c1a2247c22462a139b0c..0f5bd02be2873ea6909296de331814b69c915e90 100644 (file)
 #include <vector>
 #include <algorithm>
 #include <functional>
+#include "dynmem.hpp"
 
-#ifdef TEMPLATE_COMPLEXMAT
-template<typename T> class ComplexMat_
-{
-public:
-    int cols;
-    int rows;
-    int n_channels;
-    int n_scales = 1;
-
-    ComplexMat_() : cols(0), rows(0), n_channels(0) {}
-    ComplexMat_(int _rows, int _cols, int _n_channels) : cols(_cols), rows(_rows), n_channels(_n_channels)
+template <typename T> class ComplexMat_ {
+  public:
+    uint cols;
+    uint rows;
+    uint n_channels;
+    uint n_scales;
+
+    ComplexMat_(uint _rows, uint _cols, uint _n_channels, uint _n_scales = 1)
+        : cols(_cols), rows(_rows), n_channels(_n_channels * _n_scales), n_scales(_n_scales)
     {
-        p_data.resize(n_channels*cols*rows);
+        p_data.resize(n_channels * cols * rows);
+    }
+    ComplexMat_(cv::Size size, uint _n_channels, uint _n_scales = 1)
+        : cols(size.width), rows(size.height), n_channels(_n_channels * _n_scales), n_scales(_n_scales)
+    {
+        p_data.resize(n_channels * cols * rows);
     }
 
-
-    //assuming that mat has 2 channels (real, img)
-    ComplexMat_(const cv::Mat & mat) : cols(mat.cols), rows(mat.rows), n_channels(1)
+    // assuming that mat has 2 channels (real, img)
+    ComplexMat_(const cv::Mat &mat) : cols(uint(mat.cols)), rows(uint(mat.rows)), n_channels(1), n_scales(1)
     {
         p_data = convert(mat);
     }
 
-    void create(int _rows, int _cols, int _n_channels)
+    static ComplexMat_ same_size(const ComplexMat_ &o)
     {
-        rows = _rows;
-        cols = _cols;
-        n_channels = _n_channels;
-        p_data.resize(n_channels*cols*rows);
+        return ComplexMat_(o.cols, o.rows, o.n_channels / o.n_scales, o.n_scales);
     }
 
-    void create(int _rows, int _cols, int _n_channels, int _n_scales)
+    void create(uint _rows, uint _cols, uint _n_channels, uint _n_scales = 1)
     {
         rows = _rows;
         cols = _cols;
-        n_channels = _n_channels;
+        n_channels = _n_channels * _n_scales;
         n_scales = _n_scales;
-        p_data.resize(n_channels*cols*rows);
+        p_data.resize(n_channels * cols * rows);
     }
     // cv::Mat API compatibility
-    cv::Size size() { return cv::Size(cols, rows); }
-    int channels() { return n_channels; }
-    int channels() const { return n_channels; }
+    cv::Size size() const { return cv::Size(cols, rows); }
+    uint channels() const { return n_channels; }
 
-    //assuming that mat has 2 channels (real, imag)
-    void set_channel(int idx, const cv::Mat & mat)
+    // assuming that mat has 2 channels (real, imag)
+    void set_channel(uint idx, const cv::Mat &mat)
     {
         assert(idx >= 0 && idx < n_channels);
-        for (int i = 0; i < rows; ++i){
+        for (uint i = 0; i < rows; ++i) {
             const std::complex<T> *row = mat.ptr<std::complex<T>>(i);
-            for (int j = 0; j < cols; ++j)
-                p_data[idx*rows*cols+i*cols+j]=row[j];
+            for (uint j = 0; j < cols; ++j)
+                p_data[idx * rows * cols + i * cols + j] = row[j];
         }
     }
 
     T sqr_norm() const
     {
-        int n_channels_per_scale = n_channels/n_scales;
+        assert(n_scales == 1);
+
+        int n_channels_per_scale = n_channels / n_scales;
         T sum_sqr_norm = 0;
-         for (int i = 0; i < n_channels_per_scale; ++i) {
-             for (auto lhs = p_data.begin()+i*rows*cols; lhs != p_data.begin()+(i+1)*rows*cols; ++lhs)
-                 sum_sqr_norm += lhs->real()*lhs->real() + lhs->imag()*lhs->imag();
-         }
-        sum_sqr_norm = sum_sqr_norm/static_cast<T>(cols*rows);
+        for (int i = 0; i < n_channels_per_scale; ++i) {
+            for (auto lhs = p_data.begin() + i * rows * cols; lhs != p_data.begin() + (i + 1) * rows * cols; ++lhs)
+                sum_sqr_norm += lhs->real() * lhs->real() + lhs->imag() * lhs->imag();
+        }
+        sum_sqr_norm = sum_sqr_norm / static_cast<T>(cols * rows);
         return sum_sqr_norm;
     }
 
-    void sqr_norm(T *sums_sqr_norms) const
+    void sqr_norm(DynMem_<T> &result) const
     {
-        int n_channels_per_scale = n_channels/n_scales;
-        int scale_offset = n_channels_per_scale*rows*cols;
-        T sum_sqr_norm;
-        for (int scale = 0; scale < n_scales; ++scale) {
-            sum_sqr_norm = 0;
+        int n_channels_per_scale = n_channels / n_scales;
+        int scale_offset = n_channels_per_scale * rows * cols;
+        for (uint scale = 0; scale < n_scales; ++scale) {
+            T sum_sqr_norm = 0;
             for (int i = 0; i < n_channels_per_scale; ++i)
-                for (auto lhs = p_data.begin()+i*rows*cols+scale*scale_offset; lhs != p_data.begin()+(i+1)*rows*cols+scale*scale_offset; ++lhs)
-                    sum_sqr_norm += lhs->real()*lhs->real() + lhs->imag()*lhs->imag();
-            sums_sqr_norms[scale] = sum_sqr_norm/static_cast<T>(cols*rows);
+                for (auto lhs = p_data.begin() + i * rows * cols + scale * scale_offset;
+                     lhs != p_data.begin() + (i + 1) * rows * cols + scale * scale_offset; ++lhs)
+                    sum_sqr_norm += lhs->real() * lhs->real() + lhs->imag() * lhs->imag();
+            result.hostMem()[scale] = sum_sqr_norm / static_cast<T>(cols * rows);
         }
         return;
     }
 
     ComplexMat_<T> sqr_mag() const
     {
-        return mat_const_operator( [](std::complex<T> & c) { c = c.real()*c.real() + c.imag()*c.imag(); } );
+        return mat_const_operator([](std::complex<T> &c) { c = c.real() * c.real() + c.imag() * c.imag(); });
     }
 
     ComplexMat_<T> conj() const
     {
-        return mat_const_operator( [](std::complex<T> & c) { c = std::complex<T>(c.real(), -c.imag()); } );
+        return mat_const_operator([](std::complex<T> &c) { c = std::complex<T>(c.real(), -c.imag()); });
     }
 
     ComplexMat_<T> sum_over_channels() const
     {
-        assert(p_data.size() > 1);
-
-        int n_channels_per_scale = n_channels/n_scales;
-        int scale_offset = n_channels_per_scale*rows*cols;
-
-        ComplexMat_<T> result(this->rows, this->cols, n_scales);
-        for (int scale = 0; scale < n_scales; ++scale) {
-            std::copy(p_data.begin()+scale*scale_offset,p_data.begin()+rows*cols+scale*scale_offset, result.p_data.begin()+scale*rows*cols);
-            for (int i = 1; i < n_channels_per_scale; ++i) {
-                std::transform(result.p_data.begin()+scale*rows*cols, result.p_data.begin()+(scale+1)*rows*cols, p_data.begin()+i*rows*cols+scale*scale_offset,
-                               result.p_data.begin()+scale*rows*cols, std::plus<std::complex<T>>());
+        assert(p_data.size() == n_channels * rows * cols);
+
+        uint n_channels_per_scale = n_channels / n_scales;
+        uint scale_offset = n_channels_per_scale * rows * cols;
+
+        ComplexMat_<T> result(this->rows, this->cols, 1, n_scales);
+        for (uint scale = 0; scale < n_scales; ++scale) {
+            for (uint i = 0; i < rows * cols; ++i) {
+                std::complex<T> acc = 0;
+                for (uint ch = 0; ch < n_channels_per_scale; ++ch)
+                    acc +=  p_data[scale * scale_offset + i + ch * rows * cols];
+                result.p_data[scale * rows * cols + i] = acc;
             }
         }
         return result;
     }
 
-    //return 2 channels (real, imag) for first complex channel
+    // return 2 channels (real, imag) for first complex channel
     cv::Mat to_cv_mat() const
     {
         assert(p_data.size() >= 1);
@@ -127,137 +129,138 @@ public:
         std::vector<cv::Mat> result;
         result.reserve(n_channels);
 
-        for (int i = 0; i < n_channels; ++i)
+        for (uint i = 0; i < n_channels; ++i)
             result.push_back(channel_to_cv_mat(i));
 
         return result;
     }
 
-    std::complex<T>* get_p_data() const
-    {
-        return p_data.data();
-    }
+    std::complex<T> *get_p_data() { return p_data.data(); }
+    const std::complex<T> *get_p_data() const { return p_data.data(); }
 
-    //element-wise per channel multiplication, division and addition
-    ComplexMat_<T> operator*(const ComplexMat_<T> & rhs) const
+    // element-wise per channel multiplication, division and addition
+    ComplexMat_<T> operator*(const ComplexMat_<T> &rhs) const
     {
-        return mat_mat_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
+        return mat_mat_operator([](std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
     }
-    ComplexMat_<T> operator/(const ComplexMat_<T> & rhs) const
+    ComplexMat_<T> operator/(const ComplexMat_<T> &rhs) const
     {
-        return mat_mat_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs) { c_lhs /= c_rhs; }, rhs);
+        return mat_mat_operator([](std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs) { c_lhs /= c_rhs; }, rhs);
     }
-    ComplexMat_<T> operator+(const ComplexMat_<T> & rhs) const
+    ComplexMat_<T> operator+(const ComplexMat_<T> &rhs) const
     {
-        return mat_mat_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs)  { c_lhs += c_rhs; }, rhs);
+        return mat_mat_operator([](std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs) { c_lhs += c_rhs; }, rhs);
     }
 
-    //multiplying or adding constant
-    ComplexMat_<T> operator*(const T & rhs) const
+    // multiplying or adding constant
+    ComplexMat_<T> operator*(const T &rhs) const
     {
-        return mat_const_operator( [&rhs](std::complex<T> & c) { c *= rhs; });
+        return mat_const_operator([&rhs](std::complex<T> &c) { c *= rhs; });
     }
-    ComplexMat_<T> operator+(const T & rhs) const
+    ComplexMat_<T> operator+(const T &rhs) const
     {
-        return mat_const_operator( [&rhs](std::complex<T> & c) { c += rhs; });
+        return mat_const_operator([&rhs](std::complex<T> &c) { c += rhs; });
     }
 
-    //multiplying element-wise multichannel by one channel mats (rhs mat is with one channel)
-    ComplexMat_<T> mul(const ComplexMat_<T> & rhs) const
+    // multiplying element-wise multichannel by one channel mats (rhs mat is with one channel)
+    ComplexMat_<T> mul(const ComplexMat_<T> &rhs) const
     {
-        return matn_mat1_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
+        return matn_mat1_operator([](std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
     }
 
-    //multiplying element-wise multichannel by one channel mats (rhs mat is with multiple channel)
-    ComplexMat_<T> mul2(const ComplexMat_<T> & rhs) const
+    // multiplying element-wise multichannel mats - same as operator*(ComplexMat), but without allocating memory for the result
+    ComplexMat_<T> muln(const ComplexMat_<T> &rhs) const
     {
-        return matn_mat2_operator( [](std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
+        return mat_mat_operator([](std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs) { c_lhs *= c_rhs; }, rhs);
     }
 
-    //text output
-    friend std::ostream & operator<<(std::ostream & os, const ComplexMat_<T> & mat)
+    // text output
+    friend std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const ComplexMat_<T> &mat)
     {
-        //for (int i = 0; i < mat.n_channels; ++i){
-        for (int i = 0; i < 1; ++i){
+        // for (int i = 0; i < mat.n_channels; ++i){
+        for (int i = 0; i < 1; ++i) {
             os << "Channel " << i << std::endl;
-            for (int j = 0; j < mat.rows; ++j) {
-                for (int k = 0; k < mat.cols-1; ++k)
-                    os << mat.p_data[j*mat.cols + k] << ", ";
-                os << mat.p_data[j*mat.cols + mat.cols-1] << std::endl;
+            for (uint j = 0; j < mat.rows; ++j) {
+                for (uint k = 0; k < mat.cols - 1; ++k)
+                    os << mat.p_data[j * mat.cols + k] << ", ";
+                os << mat.p_data[j * mat.cols + mat.cols - 1] << std::endl;
             }
         }
         return os;
     }
 
+  private:
+    std::vector<std::complex<T>> p_data;
 
-private:
-    mutable std::vector<std::complex<T>> p_data;
-
-    //convert 2 channel mat (real, imag) to vector row-by-row
-    std::vector<std::complex<T>> convert(const cv::Mat & mat)
+    // convert 2 channel mat (real, imag) to vector row-by-row
+    std::vector<std::complex<T>> convert(const cv::Mat &mat)
     {
         std::vector<std::complex<T>> result;
-        result.reserve(mat.cols*mat.rows);
+        result.reserve(mat.cols * mat.rows);
         for (int y = 0; y < mat.rows; ++y) {
-            const T * row_ptr = mat.ptr<T>(y);
-            for (int x = 0; x < 2*mat.cols; x += 2){
-                result.push_back(std::complex<T>(row_ptr[x], row_ptr[x+1]));
+            const T *row_ptr = mat.ptr<T>(y);
+            for (int x = 0; x < 2 * mat.cols; x += 2) {
+                result.push_back(std::complex<T>(row_ptr[x], row_ptr[x + 1]));
             }
         }
         return result;
     }
 
-    ComplexMat_<T> mat_mat_operator(void (*op)(std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs), const ComplexMat_<T> & mat_rhs) const
+    ComplexMat_<T> mat_mat_operator(void (*op)(std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs),
+                                    const ComplexMat_<T> &mat_rhs) const
     {
-        assert(mat_rhs.n_channels == n_channels && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
+        assert(mat_rhs.n_channels == n_channels/n_scales && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
 
         ComplexMat_<T> result = *this;
-        for (int i = 0; i < n_channels; ++i) {
-            auto lhs = result.p_data.begin()+i*rows*cols;
-            auto rhs = mat_rhs.p_data.begin()+i*rows*cols;
-            for ( ; lhs != result.p_data.begin()+(i+1)*rows*cols; ++lhs, ++rhs)
-                op(*lhs, *rhs);
+        for (uint s = 0; s < n_scales; ++s) {
+            auto lhs = result.p_data.begin() + (s * n_channels/n_scales * rows * cols);
+            auto rhs = mat_rhs.p_data.begin();
+            for (uint i = 0; i < n_channels/n_scales * rows * cols; ++i)
+                op(*(lhs + i), *(rhs + i));
         }
 
         return result;
     }
-    ComplexMat_<T> matn_mat1_operator(void (*op)(std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs), const ComplexMat_<T> & mat_rhs) const
+    ComplexMat_<T> matn_mat1_operator(void (*op)(std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs),
+                                      const ComplexMat_<T> &mat_rhs) const
     {
         assert(mat_rhs.n_channels == 1 && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
 
         ComplexMat_<T> result = *this;
-        for (int i = 0; i < n_channels; ++i) {
-            auto lhs = result.p_data.begin()+i*rows*cols;
+        for (uint i = 0; i < n_channels; ++i) {
+            auto lhs = result.p_data.begin() + i * rows * cols;
             auto rhs = mat_rhs.p_data.begin();
-            for ( ; lhs != result.p_data.begin()+(i+1)*rows*cols; ++lhs, ++rhs)
+            for (; lhs != result.p_data.begin() + (i + 1) * rows * cols; ++lhs, ++rhs)
                 op(*lhs, *rhs);
         }
 
         return result;
     }
-    ComplexMat_<T> matn_mat2_operator(void (*op)(std::complex<T> & c_lhs, const std::complex<T> & c_rhs), const ComplexMat_<T> & mat_rhs) const
+    ComplexMat_<T> matn_mat2_operator(void (*op)(std::complex<T> &c_lhs, const std::complex<T> &c_rhs),
+                                      const ComplexMat_<T> &mat_rhs) const
     {
-        assert(mat_rhs.n_channels == n_channels/n_scales && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
+        assert(mat_rhs.n_channels == n_channels / n_scales && mat_rhs.cols == cols && mat_rhs.rows == rows);
 
-        int n_channels_per_scale = n_channels/n_scales;
-        int scale_offset = n_channels_per_scale*rows*cols;
+        int n_channels_per_scale = n_channels / n_scales;
+        int scale_offset = n_channels_per_scale * rows * cols;
         ComplexMat_<T> result = *this;
-        for (int i = 0; i < n_scales; ++i) {
+        for (uint i = 0; i < n_scales; ++i) {
             for (int j = 0; j < n_channels_per_scale; ++j) {
-                auto lhs = result.p_data.begin()+(j*rows*cols)+(i*scale_offset);
-                auto rhs = mat_rhs.p_data.begin()+(j*rows*cols);
-                for ( ; lhs != result.p_data.begin()+((j+1)*rows*cols)+(i*scale_offset); ++lhs, ++rhs)
+                auto lhs = result.p_data.begin() + (j * rows * cols) + (i * scale_offset);
+                auto rhs = mat_rhs.p_data.begin() + (j * rows * cols);
+                for (; lhs != result.p_data.begin() + ((j + 1) * rows * cols) + (i * scale_offset); ++lhs, ++rhs)
                     op(*lhs, *rhs);
             }
         }
 
         return result;
     }
-    ComplexMat_<T> mat_const_operator(const std::function<void(std::complex<T> & c_rhs)> & op) const
+    ComplexMat_<T> mat_const_operator(const std::function<void(std::complex<T> &c_rhs)> &op) const
     {
         ComplexMat_<T> result = *this;
-        for (int i = 0; i < n_channels; ++i)
-            for (auto lhs = result.p_data.begin()+i*rows*cols; lhs != result.p_data.begin()+(i+1)*rows*cols; ++lhs)
+        for (uint i = 0; i < n_channels; ++i)
+            for (auto lhs = result.p_data.begin() + i * rows * cols;
+                 lhs != result.p_data.begin() + (i + 1) * rows * cols; ++lhs)
                 op(*lhs);
         return result;
     }
@@ -265,103 +268,16 @@ private:
     cv::Mat channel_to_cv_mat(int channel_id) const
     {
         cv::Mat result(rows, cols, CV_32FC2);
-        for (int y = 0; y < rows; ++y) {
-            std::complex<T> * row_ptr = result.ptr<std::complex<T>>(y);
-            for (int x = 0; x < cols; ++x){
-                row_ptr[x] = p_data[channel_id*rows*cols+y*cols+x];
+        for (uint y = 0; y < rows; ++y) {
+            std::complex<T> *row_ptr = result.ptr<std::complex<T>>(y);
+            for (uint x = 0; x < cols; ++x) {
+                row_ptr[x] = p_data[channel_id * rows * cols + y * cols + x];
             }
         }
         return result;
     }
-
 };
 
 typedef ComplexMat_<float> ComplexMat;
-#else
-class ComplexMat
-{
-public:
-    int cols;
-    int rows;
-    int n_channels;
-    int n_scales = 1;
-
-    ComplexMat();
-    ComplexMat(int _rows, int _cols, int _n_channels);
-    ComplexMat(const cv::Mat & mat);
-
-    void create(int _rows, int _cols, int _n_channels);
-
-    void create(int _rows, int _cols, int _n_channels, int _n_scales);
-    // cv::Mat API compatibility
-    cv::Size size();
-    int channels();
-    int channels() const;
-
-    //assuming that mat has 2 channels (real, imag)
-    void set_channel(int idx, const cv::Mat & mat);
-
-    float sqr_norm();
-    void sqr_norm(float *sums_sqr_norms) const;
-
-    ComplexMat sqr_mag() const;
-
-    ComplexMat conj() const;
-
-    ComplexMat sum_over_channels() const;
-
-    //return 2 channels (real, imag) for first complex channel
-    cv::Mat to_cv_mat() const;
-    // return a vector of 2 channels (real, imag) per one complex channel
-    std::vector<cv::Mat> to_cv_mat_vector() const;
-
-    std::complex<float>* get_p_data() const;
-
-    //element-wise per channel multiplication, division and addition
-    ComplexMat operator*(const ComplexMat & rhs) const;
-    ComplexMat operator/(const ComplexMat & rhs) const;
-    ComplexMat operator+(const ComplexMat & rhs) const;
-
-    //multiplying or adding constant
-    ComplexMat operator*(const float & rhs) const;
-    ComplexMat operator+(const float & rhs) const;
-
-    //multiplying element-wise multichannel by one channel mats (rhs mat is with one channel)
-    ComplexMat mul(const ComplexMat & rhs) const;
-
-    //multiplying element-wise multichannel by one channel mats (rhs mat is with multiple channel)
-    ComplexMat mul2(const ComplexMat & rhs) const;
-
-    //text output
-    friend std::ostream & operator<<(std::ostream & os, const ComplexMat & mat)
-    {
-        //for (int i = 0; i < mat.n_channels; ++i){
-        for (int i = 0; i < 1; ++i){
-            os << "Channel " << i << std::endl;
-            for (int j = 0; j < mat.rows; ++j) {
-                for (int k = 0; k < mat.cols-1; ++k)
-                    os << mat.p_data[j*mat.cols + k] << ", ";
-                os << mat.p_data[j*mat.cols + mat.cols-1] << std::endl;
-            }
-        }
-        return os;
-    }
-
-
-private:
-    mutable std::vector<std::complex<float>> p_data;
-
-    //convert 2 channel mat (real, imag) to vector row-by-row
-    std::vector<std::complex<float>> convert(const cv::Mat & mat);
-
-    ComplexMat mat_mat_operator(void (*op)(std::complex<float> & c_lhs, const std::complex<float> & c_rhs), const ComplexMat & mat_rhs) const;
-    ComplexMat matn_mat1_operator(void (*op)(std::complex<float> & c_lhs, const std::complex<float> & c_rhs), const ComplexMat & mat_rhs) const;
-    ComplexMat matn_mat2_operator(void (*op)(std::complex<float> & c_lhs, const std::complex<float> & c_rhs), const ComplexMat & mat_rhs) const;
-    ComplexMat mat_const_operator(const std::function<void(std::complex<float> & c_rhs)> & op) const;
-
-    cv::Mat channel_to_cv_mat(int channel_id) const;
-
-};
-#endif
 
-#endif //COMPLEX_MAT_HPP_213123048309482094
+#endif // COMPLEX_MAT_HPP_213123048309482094