OpenCV中的矩阵操作

有很多函数有mask，代表掩码，如果某位mask是0,那么对应的src的那一位就不计算，mask要和矩阵/ROI/的大小相等 
大多数函数支持ROI，如果图像ROI被设置，那么只处理ROI部分 
少部分函数支持COI，如果COI设置，只处理感兴趣的通道

矩阵逻辑运算 
void cvAnd(const CvArr* src1, const CvArr* src2, CvArr* dst, const CvArr* mask=NULL);// 
void cvAndS(const CvArr* src, CvScalar value, CvArr* dst, const CvArr* mask=NULL);// 
void cvOr(const CvArr* src1, const CvArr* src2, CvArr* dst, const CvArr* mask=NULL);// 
void cvOrS(const CvArr* src, CvScalar value, CvArr* dst, const CvArr* mask=NULL);// 
void cvXor(const CvArr* src1, const CvArr* src2, CvArr* dst, const CvArr* mask=NULL);// 
void cvXorS(const CvArr* src, CvScalar value, CvArr* dst, const CvArr* mask=NULL);// 
void cvNot(const CvArr* src,CvArr* dst);//矩阵取反

 

矩阵算术运算 
绝对值 
void cvAbs(const CvArr* src,CvArr* dst); 
void cvAbsDiff(const CvArr* src1,const CvArr* src2, CvArr* dst);//两矩阵相减取绝对值 
void cvAbsDiffS(const CvArr* src, CvArr* dst,CvScalar value);//矩阵减去一个数取绝对值 
加减 
void cvAdd(const CvArr* src1,const CvArr* src2,CvArr* dst,const CvArr* mask = NULL);//两数组相加，dst(I)=src1(I)+src2(I) if mask(I)!=0 
void cvAddS(const CvArr* src,CvScalar value,CvArr*dst,const CvArr* mask = NULL);//数组和一个数相加，dst(I)=src(I)+value if mask(I)!=0 
void cvAddWeighted(const CvArr* src1,double alpha,const CvArr* src2,double beta,double gamma,CvArradded to each sum* dst);//带权相加相当于dst(x,y) = α ? src1(x,y) + β ? src2(x,y) + γ 
void cvSub(const CvArr* src1, const CvArr* src2, CvArr* dst, const CvArr* mask=NULL);//矩阵减法，dst(I)=src1(I)-src2(I) if mask(I)!=0 
void cvSubS(const CvArr* src, CvScalar value, CvArr* dst, const CvArr* mask=NULL);//矩阵减数，dst(I)=src(I)-value if mask(I)!=0 
void cvSubRS(const CvArr* src, CvScalar value, CvArr* dst, const CvArr* mask=NULL);//数减矩阵，dst(I)=value-src(I) if mask(I)!=0 
乘除 
void cvDiv(const CvArr* src1, const CvArr* src2, CvArr* dst, double scale=1);//scale*src1(i)/src2(i)，如果src1=NULL，则计算scale/src2(i) 
void cvMul(const CvArr* src1,const CvArr* src2,CvArr* dst,double scale=1);//两矩阵元素之间的简单乘法，一般的矩阵点乘用cvGEMM(); 
次方 
void cvPow(const CvArr* src, CvArr* dst, double power);//为每个src的数求power次方 
指数 
void cvExp(const CvArr* src, CvArr* dst);//dst(I)=EXP(src(I)) 
对数 
void cvLog(const CvArr* src, CvArr* dst);//

 

线性代数计算 
加&乘 
void cvScaleAdd(const CvArr* src1, CvScalar scale, const CvArr* src2, CvArr* dst);//src1和scale的乘积加上src2 
void cvCrossProduct(const CvArr* src1,const CvArr* src2,CvArr* dst);//计算两个3D向量（单通道）的叉乘运算 
double cvDotProduct(const CvArr* src1, const CvArr* src2);//两个向量点乘 
void cvGEMM(const CvArr* src1, const CvArr* src2, double alpha, const CvArr* src3, double beta, CvArr* dst, int tABC=0);//乘加运算的始祖 
    由通用乘加函数参与定义的两个具体宏 
        cvMatMul(const CvArr* src1,const CvArr* src2,CvArr* dst); 
        cvMatMulAdd(const CvArr* src1,const CvArr* src2,const CvArr* src3,CvArr* dst); 
CvScalar cvTrace(const CvArr* mat);//计算对角线上的元素和 
变换 
void cvTransform(const CvArr* src, CvArr* dst, const CvMat* transmat, const CvMat* shiftvec=NULL);//dst=transmat · src + shiftvec 
void cvPerspectiveTransform(const CvArr* src, CvArr* dst, const CvMat* mat);//把矩阵每个元素中三个通道当做一个矩阵，乘mat，mat是一个3×3或者4×4的转换矩阵 
转置 
void cvTranspose(const CvArr* src, CvArr* dst); 
void cvMulTransposed(const CvArr* src, CvArr* dst, int order, const CvArr* delta=NULL, double scale=1.0);//(src-delta)乘以它的转置再乘以scale 
逆矩阵 
double cvInvert(const CvArr* src,CvArr* dst,int method=CV_LU);//求原矩阵的逆矩阵，默认使用高斯消去法 
    方阵可逆的充要条件是|A|!=0 
    method取值为CV_LU高斯消去法（默认）    CV_SVD 奇异值分解SVD    CV_SVD_SYM对称矩阵的SVD 
行列式 
double cvDet(const CvArr* mat);//计算方阵行列式，一定是单通道的 
    小型方阵直接计算，大型方阵用高斯消去法计算 
    如果矩阵正定对称，用奇异值分解的方法解决cvSVD(); 
特征向量特征值 
void cvEigenVV(CvArr* mat, CvArr* evects, CvArr* evals, double eps=0);//计算对称矩阵的特征值和特征向量，evects输出特征向量，evals输出特征值，eps雅可比方法停止参数 
    要求三个矩阵都是浮点类型，10×10以下该方法有效，20×20以上的矩阵不能计算出结果，为节约计算量，eps通常设为DBL_EPSILON(10^-15) 
    如果给定的矩阵是对称正定矩阵，那么考虑使用cvSVD(); 
协方差 
void cvCalcCovarMatrix(const CvArr** vects, int count, CvArr* cov_mat, CvArr* avg, int flags);//给定一组大小和类型相同的向量，向量的个数，计算标记，输出协方差正阵和每个向量的平均值矩阵 
    CV_COVAR_NORMAL    普通计算协方差和平均值，输出的是n×n的协方差阵 
    CV_COVAR_SCRAMBLED    快速PCA“Scrambled”协方差，输出的是m×m的协方差阵 
    CV_COVAR_USE_AVERAGE    平均值是输入的 
    CV_COVAR_SCALE    重新缩放输出的协方差矩阵 
        四个flag通过并运算协同发挥作用，前两个不能并 
CvSize cvMahalonobis(const CvArr* vec1,const CvArr* vec2,CvArr* mat); 
int cvSolve(const CvArr* src1, const CvArr* src2, CvArr* dst, int method=CV_LU);//Solves a linear system or least-squares problem. 
void cvSVD(CvArr* A, CvArr* W, CvArr* U=NULL, CvArr* V=NULL, int flags=0);//Performs singular value decomposition of a real floating-point matrix. 
void cvSVBkSb(const CvArr* W, const CvArr* U, const CvArr* V, const CvArr* B, CvArr* X, int flags);//Performs singular value back substitution.

 

数组比较 
void cvCmp(const CvArr* src1, const CvArr* src2, CvArr* dst, int cmp_op);//两矩阵比较运算 
    CV_CMP_EQ - src1(I) 是否相等 
    CV_CMP_GT - src1(I) 是否大于 
    CV_CMP_GE - src1(I) 是否大于等于 
    CV_CMP_LT - src1(I) 是否小于 
    CV_CMP_LE - src1(I) 是否小于等于 
    CV_CMP_NE - src1(I) 是否不等 
        如果判断为假，dst设为0，如果判断为真，dst设为0xff 
void cvCmpS(const CvArr* src, double value, CvArr* dst, int cmp_op);//矩阵和一个数字比较运算

 

矩阵内转换 
类型转换 
void cvConvertScale(const CvArr* src,CvArr* dst,double scale,double shift);//矩阵首先乘以scale再加上shift，然后把src中的数据类型转换成dst类型，但是src和dst通道数需要相等 
void cvConvertScaleAbs(const CvArr* src,CvArr* dst,double scale,double shift);//在src到dst类型转换前，先做绝对值 
void cvCvtColor(const CvArr* src,CvArr* dst, int code);//图像 颜色空间转换，src要为8U 16U 32F，dst的数据类型需要和src相同，通道数看code 
    code格式如：CV_原色彩空间2目的色彩空间    色彩空间要考虑RGB的顺序 
    支持的颜色空间包括：RGB    RGB565    RGB555    GRAY RGBA    XYZ    YCrCb    HSV    HLS    Luv    BayerRG 
空间转换 
void cvFlip(const CvArr* src, CvArr* dst=NULL, int flip_mode=0);//图像绕x、y轴旋转。当用在一维数组上时并且flip_mode>0，可以用来颠倒数据排列 
    flip_mode=0：左右对称values of the conversion resul 
    flip_mode>0：上下对称 
    flip_mode<0：中心对称

 

矩阵间操作 
void cvCopy(const CvArr* src,CvArr* dst,const CvArr* mask=NULL); 
void cvMerge(const CvArr* src0,const CvArr* src1,const CvArr* src2,const CvArr* src3,CvArr* dst);//多个数组合并成一个，类型和尺寸都相同，dst有多个通道，src可以赋值NULL 
void cvSplit(cosnt CvArr* src,CvArr* dst0,CvArr* dst1,CvArr* dst2,CvArr* dst3);//一个多通道数组分解成多个数组，类型尺寸都想同，dst可以赋值NULL 
void cvRepeat(const CvArr* src, CvArr* dst);//在dst中重复叠加src，dst(i,j)=src(i mod rows(src), j mod cols(src)) 
CvMat* cvReshape(const CvArr* originalarr, CvMat* headerdata, int new_cn, int new_rows=0);//把一个originalarr（可以是已经有内容的图片），转换为有新的通道数、新的行数的数据（CvMat*只含数据，没有图片头） 
CvArr* cvReshapeMatND(const CvArr* arr, int sizeof_header, CvArr* header, int new_cn, int new_dims, int* new_sizes); 
void cvLUT(const CvArr* src, CvArr* dst, const CvArr* lut);//src是8bit类型的数据，lut是一张一维查找表，拥有256个通道数类型和dst相同的元素，src的某一位置的元素数值n，到lut的n位置查找的内容填入dst的相应src的n元素的位置

统计运算 
最大最小 
void cvMax(const CvArr* src1, const CvArr* src2, CvArr* dst); 
void cvMaxS(const CvArr* src, double value, CvArr* dst);//找较大值放到dst中 
void cvMin(const CvArr* src1,const CvArr* src2,CvArr* dst); 
void cvMins(const CvArr* src,double value,CvArr* dst);//找较小值放到dst中 
void cvMinMaxLoc(const CvArr* arr, double* min_val, double* max_val, CvPoint* min_loc=NULL, CvPoint* max_loc=NULL, const CvArr* mask=NULL); 
    找出全局某个通道中最大最小的值，和她们的位置，如果不止一个通道，一定要设置COI 
零的个数 
int cvCountNonZero( const CvArr* arr );//统计非零的个数 
是否落在范围内 
void cvInRange(const CvArr* src,const CvArr* lower,const CvArr* upper,CvArr* dst); 
void cvInRangeS(const CvArr* src,CvScalar lower,CvScalar upper,CvArr* dst);//判断原数组中的每个数大小是否落在对应的lower、upper数组位置数值的中间 
    if( lower(i)<=src(i) 平均值标准差 
CvScalar cvAvg(const CvArr* arr,const CvArr* mask = NULL);//计算mask非零位置的所有元素的平均值，如果是图片，则单独计算每个通道上的平均值，如果COI设置了，只计算该COI通道的平均值 
void cvAvgSdv(const CvArr* arr, CvScalar* mean, CvScalar* std_dev, const CvArr* mask=NULL);//计算各通道的平均值，标准差，支持COI

double cvNorm(const CvArr* arr1,const CvArr* arr2=NULL,int norm_type=CV_L2,const CvArr* mask=NULL);//计算一个数组的各种范数 
    如果arr2为NULL，norm_type为 
        CV_C 求所有数取绝对值后的最大值，CV_L1 求所有数的绝对值的和，CV_L2求所有数的平方和的平方根 
    如果arr2不为NULL，norm_type为 
        CV_C arr1和arr2对应元素差的绝对值中的最大值    CV_L1 arr1和arr2对应元素差的绝对值的和    CV_L2 arr1和arr2的差平方和的平方根 
        CV_RELATIVE_C    CV_RELATIVE_L1    CV_RELATIVE_L2 上面结果除以cvNorm(arr2,NULL,对应的norm_type); 
cvNormalize(const CvArr* src,CvArr* dst,double a=1.0,double b=0.0,int norm_type=CV_L2,const CvArr* mask=NULL); 
    CV_C    CV_L1    CV_L2    CV_MINMAX 
cvReduce(const CvArr* src,CvArr* dst,int dim,int op=CV_REDUCE_SUM);//根据一定规则，把矩阵约简为向量 
    dim    决定约简到行还是列    1:约简到单个列，0:约简到单个行，-1:根据dst的CvSize，决定约简到行还是列 
    op    决定按什么规则约简 
        CV_REDUCE_SUM - 行/列的和 
        CV_REDUCE_AVG  -    行/列平均值 
        CV_REDUCE_MAX - 行/列中最大值 
        CV_REDUCE_MIN  -    行/列中最小值

 

取得设置数组信息 
得到指定行列 
CvMat* cvGetCol(const CvArr* arr,CvMat* submat,int col); 
CvMat* cvGetCols(const CvArr* arr,CvMat* submat,int start_col,int end_col);//取目标矩阵的某列/连续几列，submat和返回值的实际数据还是在原矩阵中，只是修改了头部和数据指针，没有数据拷贝
CvMat* cvGetRow(const CvArr* arr,CvMat* submat,int row); 
CvMat* cvGetRows(const CvArr* arr,CvMat* submat,int start_row,int end_row); 
得到对角线 
CvMat* cvGetDiag(const CvArr* arr,CvMat* submat,int diag=0);//取矩阵arr的对角线，结果放在向量中，并不要求原矩阵是方阵，diag表示从哪个位置开始取对角线 
维度大小 
int cvGetDims(const CvArr* arr,int* sizes=NULL);//获取数组的维数和每一维的大小，sizes十一个数组的头指针。图像或者矩阵的维数一定是2，先行数后列数 
int cvGetDimSize(const CvArr* arr,int index);//获取某一维的大小 
矩阵大小 
CvSize cvGetSize(const CvArr* arr);//返回矩阵和图像的大小。小的结构体一般都是直接返回值而不是重新分配指针，分配指针的效率可能比直接返回值效率更低 
截取矩形矩阵 
CvMat* cvGetSubRect(const CvArr* arr, CvMat* submat, CvRect rect);//从输入的数组中根据输入的矩形截取一块数组中的矩形，返回的CvMat*就是submat 
得到和设置元素        因为效率原因，实际很少会直接用到这些方法，而是根据实际的应用来决定如何操作每一个数 
uchar* cvPtr1D(CvArr* arr,int idx0,int* type);//得到的是指针，所以可以修改，比下面的效率更高 
uchar* cvPtr2D(CvArr* arr,int idx0,int idx1,int* type); 
uchar* cvPtr3D(CvArr* arr,int idx0,int idx1,int idx2,int* type); 
uchar* cvPtrND(CvArr* arr,int* idx,int* type,int create_node=1,unsigned* precalc_hashval=NULL);//int* idx是一个数组指针，里面保存着索引 
double cvGetReal1D(const CvArr* arr,int idx0);//得到的是具体值 
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); 
double cvmGet(const CvMat* mat, int row, int col);//仅仅用于矩阵单通道浮点数的获取，由于是inline并且没有类型判断，所以效率比较高 
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); 
void cvmSet(CvMat* mat, int row, int col, double value);//仅仅用于设置单通道浮点类型的矩阵 
void cvClearND(CvArr* arr, int* idx);//把多维数组的某位置设置为0 
void cvSet(CvArr* arr, CvScalar value, const CvArr* mask=NULL);//把数组每个元素都设为value 
void cvSetZero(CvArr* arr);//对普通矩阵，每位都设为0；对稀疏矩阵，删除所以元素

 

一般算数运算 
int cvRound(double value ); int cvFloor( double value ); int cvCeil( double value);//求和double最（上/下）接近的整数 
float cvSqrt(float value);//求平方根 
float cvInvSqrt(float value);//求平方根倒数 
float cvCbrt(float value);//求立方根 
float cvCbrt(float value);//求两个向量的夹角 
int cvIsNaN(double value);//判断是否是合法数 
int cvIsInf(double value);//判断是否无穷 
void cvCartToPolar(const CvArr* x, const CvArr* y, CvArr* magnitude, CvArr* angle=NULL, int angle_in_degrees=0);// 
void cvPolarToCart(const CvArr* magnitude, const CvArr* angle, CvArr* x, CvArr* y, int angle_in_degrees=0);// 
void cvSolveCubic(const CvArr* coeffs, CvArr* roots);//求三次方方程解，coeffs作为三次方程的系数，可以是三元（三次方系数为1）或者四元

 

随机数生成 
CvRNG cvRNG(int64 seed=-1);//生成随机数生成器 
unsigned cvRandInt(CvRNG* rng); 
double cvRandReal(CvRNG* rng); 
void cvRandArr(CvRNG* rng, CvArr* arr, int dist_type, CvScalar param1, CvScalar param2);// 
    dist_type决定生成随机数组中的分布    CV_RAND_UNI均匀分布    CV_RAND_NORMAL正态/高斯分布 
    param1：均匀分布中的下界（包含），正态分布中的平均值 
    param2：均匀分布中的上界（不包含），正态分布中的偏差