CvMat 행렬 구조체

CvMat 행렬 구조체 OpenCV

행렬에 대해 알아보기 전에 두 가지 사항을 기억해야 한다.

• OpenCV에는 "벡터"를 표현하는 데이터 타입이 없다.
• 벡터를 사용하고 싶다면, 한 열(전치 벡터의 경우 한 행)짜리 행렬을 사용하면 된다.
• OpenCV에서 사용하는 행렬은 조금은 추상적인 개념이다.
• 행렬의 원소는 단순히 숫자만 해당 x

2차원 행렬을 만드는 함수의 원형

CvMat* cvCreateMat ( int rows, int cols, int type );

세 번째 인자 type에는 CV_<비트수>(S|U|F)C<채널 개수> 형태의 다양한 데이터 타입 지정이 가능하다.

32비트 실수형 1채널(CV_32FC1), 부호 없는 8비트 정수형 3채널(CV_8UC3) 등 여러 데이터 타입으로 구성될 수 있다.

 S : signed integer

 U : unsigned integer

 F : float

 ex1) CV_32FC1 , 실수형 32비트 1채널

 ex2) CV_8UC3 , 부호없는 8비트 정수형 3채널

CvMat 구조체 정의: 행렬의 "헤더"

typedef struct CvMat
{
	int type;
	int step;
	int* refcount;		// 내부적 용도로만 사용된다.
	int hdr_refcount;
	union {
		uchar*  ptr;
		short*  s;
		int* 	i;
		float*	fl;
		double*	db;
	} data;
	union {
		int		rows;
		int		height;
	};
	union {
		int		cols;
		int		width;
	};
}
CvMat;

행렬은 여러 가지 방법으로 생성할 수 있다. 가장 일반적인 생성 방법은 cvCreateMat() 함수를 사용하는 것이다. 

행렬의 생성과 소멸

// 'type'으로 지정된 타입의 행렬('rows' x 'cols')을 생성한다.

CvMat* cvCreateMat(
	int 	rows,
	int	cols,
	int 	type
);


// 데이터 할당 없이 행렬의 헤더만을 생성한다.

CvMat* cvCreateMatHeader(
	int	rows,
	int	cols,
	int	type
);


// 이미 존재하는 CvMat 구조에서 헤더값을 초기화한다.

CvMat* cvInitMatHeader(
	CvMat*	mat,
	int     rows,
	int     cols,
	int     type,
	void*   data	= NULL,
	int     step    = CV_AUTOSTEP
);


// cvInitMatHeader() 와 유사하지만, CvMat을 새로 만든다.

CvMat cvMat(
	int     rows,
	int     cols,
	int     type,
	void*   data	= NULL
);


// 행렬 'mat'와 같은 새로운 행렬을 만든다.

CvMat* cvCloneMat ( const cvMat* mat );


// 행렬 'mat'을 소멸시킨다(헤더와 데이터 모두).

void cvReleaseMat( CvMat** mat );

ex) 정적 배열을 이용하여 OpenCV 행렬 만들기

float vals[] = { 0.866025, -0.500000, 0.500000, 0.866025 };

CvMat rotmat;
cvInitMatHeader(
	&rotmat,
	2,
	2,
	CV_32FC1,
	vals
);
// 위 코드는 아래와 같다.
// CvMat rotmat = cvMat(2, 2, CV_32FC1, vals);

행렬 데이터에 접근하기

간편한 방법

CV_MAT_ELEM() 매크로를 사용하는 것.
행렬과 원소의 타입, 행과 열을 입력받아 해당 원소의 값을 반환한다.

CvMat* mat = cvCreateMat( 5, 5, CV_32FC1 );
float element_3_2 = CV_MAT_ELEM( *mat, float, 3, 2 );  // 행렬의 3행 2열에 있는 데이터를 가져옴

단순히 값을 읽어오는 것이 아니라 설정하고 싶다면 CV_MAT_ELEM_PTR() 매크로를 사용

CvMat* mat = cvCreateMat( 5, 5, CV_32FC1 );
float element_3_2 = 7.7;
*( (float*)CV_MAT_ELEM_PTR( *mat, 3, 2 ) ) = element_3_2; // 행렬의 (3, 2)의 값을 7.7로 변경

엄격한 방법

cvPtr*D 또는 cvGet*D 형태의 함수들을 사용한다.

uchar* cvPtr1D(
	const CvArr* arr,
	int	     idx0,
	int*	     type = NULL
);

uchar* cvPtr2D(
	const CvArr* arr,
	int	     idx0,
	int 	     idx1,
	int*         type = NULL
);

uchar* cvPtr3D(
	const CvArr* arr,
	int	     idx0,
	int          idx1,
	int	     idx2,
	int*	     type = NULL
);

uchar* cvPtr1D(
	const CvArr* arr,
	int*         idx,
	int*	     type 	     = NULL,
	int	     create_node     = 1,
	unsigned*    precalc_hashval = NULL
);

ex) cvPtr2D

#include "cv.h"
#include "highgui.h"

int main()
{
	int x, y;
	int data[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6,
		7, 8, 9, 10, 11, 12,
		13, 14, 15, 16, 17, 18 };
	int *ptr;
	
	CvMat mat = cvMat(2, 3, CV_32SC3, data);
	for (y = 0; y < mat.rows; y++)
	{
		for (x = 0; x < mat.cols; x++)
		{
			ptr = (int*)cvPtr2D(&mat, y, x);
			printf(" (%4d, %4d, %4d) ", *ptr, *(ptr + 1), *(ptr + 2));
		}
		printf(" \n");
	}
	return 0;
}

결과

 (   1,    2,    3)  (   4,    5,    6)  (   7,    8,    9)
 (  10,   11,   12)  (  13,   14,   15)  (  16,   17,   18)

단순히 데이터를 읽기 위해서라면 cvGet*D 형태의 함수를 사용하면 편리하다. 

double cvGetReal1D( const CvArr* arr, int idx0 );
double cvGetReal2D( const CvArr* arr, int idx0, int idx1 );
double cvGetReal3D( const CvArr* arr, int idx0, int idx1, int idx2 );
double cvGetRealND( const CvArr* arr, int idx );

CvScalar cvGet1D( const CvArr* arr, int idx0 );
CvScalar cvGet2D( const CvArr* arr, int idx0, int idx1 );
CvScalar cvGet3D( const CvArr* arr, int idx0, int idx1, int idx2 );
CvScalar cvGetND( const CvArr* arr, int idx );

이 함수들을 많이 사용하면 연산량이 크게 증가할 수 있으므로, 코드를 간단하게 작성해야 할 때에만 사용하는 것이 좋다.

ex) GetReal2D

#include "cv.h"
#include "highgui.h"

int main()
{
	int x, y, nvalue;
	uchar data[] = {1, 2, 3, 4, 5, 6};	/*uchar == unsigned char */


	CvMat mat = cvMat(2, 3, CV_8UC1, data);

	for(y = 0; y < mat.rows; y++)
	{
		for(x = 0; x < mat.cols; x++)
		{
			nvalue = (int)cvGetReal2D(&mat, y, x);
			printf("%4d", nvalue);
		}
		printf("\n");
	}
}

결과

  1   2   3
  4   5   6

ex) cvGet2D

#include "cv.h"
#include "highgui.h"

int main()
{
	int x, y;
	CvScalar elem;
	char data[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6,
		7, 8, 9, 10, 11, 12,
		13, 14, 15, 16, 17, 18 };
	CvMat mat = cvMat(2, 3, CV_8UC3, data);
	for (y = 0; y < mat.rows; y++)
	{
		for (x = 0; x < mat.cols; x++)
		{
			elem = cvGet2D(&mat, y, x);
			printf("(%2d, %2d, %2d)",
				(int)elem.val[0], (int)elem.val[1],
				(int)elem.val[2]);
		}
		printf(" \n");
	}
	return 0;
}

결과

( 1,  2,  3)( 4,  5,  6)( 7,  8,  9)
(10, 11, 12)(13, 14, 15)(16, 17, 18)

행렬에 데이터를 설정하는 함수는 cvSet*D 형태의 함수가 있다.

void cvSetReal1D( CvArr* arr, int idx0, double value );
void cvSetReal2D( CvArr* arr, int idx0, int idx1, double value );
void cvSetReal3D(
	CvArr* arr,
	int    idx0,
	int    idx1,
	int    idx2,
	double value
);
void cvSetRealND( CvArr* arr, int* idx, double value );

void cvSet1D( CvArr* arr, int idx0, CvScalar value );
void cvSet2D( CvArr* arr, int idx0, int idx1, CvScalar value );
void cvSet3D( 
	CvArr* arr,
	int    idx0,
	int    idx1,
	int    idx2,
	CvScalar value
);
void cvSetND( CvArr* arr, int idx, CvScalar value );

ex) cvSetReal2D

#include "cv.h"
#include "highgui.h"

int main()
{
	CvMat* pMat = cvCreateMat(2, 3, CV_8UC1);
	int x, y, nValue;

	cvSetReal2D(pMat, 0, 0, 1);
	cvSetReal2D(pMat, 0, 1, 2);
	cvSetReal2D(pMat, 0, 2, 3);

	cvSetReal2D(pMat, 1, 0, 4);
	cvSetReal2D(pMat, 1, 1, 5);
	cvSetReal2D(pMat, 1, 2, 6);

	for (y = 0; y < pMat->rows; y++)
	{
		for (x = 0; x < pMat->cols; x++)
		{
			nValue = (int)cvGetReal2D(pMat, y, x);
			printf("%4d", nValue);
		}
		printf("\n");
	}
	cvReleaseMat(&pMat);

	return 0;
}

결과

   1   2   3
   4   5   6