OpenCV环境下CUDA编程示例.docx
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OpenCV环境下CUDA编程示例
OpenCV环境下CUDA编程示例
在CUDA平台上对图像算法进行并行加速是目前并行计算方面比较简单易行的一种方式，而同时利用OpenCV提供的一些库函数的话，那么事情将会变得更加easy。
以下是我个人采用的一种模板，这个模板是从OpenCV里的算法CUDA源码挖掘出来的，我感觉这个用起来比较傲方便，所以经常采用。
首先大牛们写的源码都很鲁棒，考虑的比较全面（如大部分算法将1,3,4通道的图像同时搞定），感觉还有一个比较神奇的地方在于CPU端GpuMat和GPU端PtrStepSzb的转换，让我欲罢不能，一个不太理想的地方在于第一帧的初始化时间比较长，应该是CPU到GPU的数据传输。
代码中有考虑流，但貌似没有使用。
我使用的是赵开勇的CUDA_VS_Wizard，主函数还是用的cu文件。
以下代码是对Vibe背景建模算法的并行，背景建模算法是目前接触到易于并行的一类，如GMM等，而且加速效果不错，因为一个线程执行的数据就是对应一个像素点。
代码如下：
sample.cu
[cpp]viewplaincopy<spanstyle="font-size:
14px;">/*********************************************************************sample.cu*ThisisaexampleoftheCUDAprogram.*********************************************************************/#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<cutil_inline.h>#include<iostream>#include<string>#include"opencv2/core/core.hpp"#include"opencv2/gpu/gpu.hpp"#include"opencv2/highgui/highgui.hpp"#include"Vibe_M_kernel.cu"#include"Vibe_M.h"usingnamespacestd;usingnamespacecv;usingnamespacecv:
:
gpu;enumMethod{FGD_STAT,MOG,MOG2,VIBE,GMG};intmain（intargc,constchar**argv）{cv:
:
CommandLineParsercmd（argc,argv,"{c|camera|flase|usecamera}""{f|file|768x576.avi|inputvideofile}""{m|method|vibe|method（fgd,mog,mog2,vibe,gmg）}""{h|help|false|printhelpmessage}"）;if（cmd.get<bool>（"help"））{cout<<"Usage:
bgfg_segm[options]"<<endl;cout<<"Avaibleoptions:
"<<endl;cmd.printParams（）;return0;}booluseCamera=cmd.get<bool>（"camera"）;stringfile=cmd.get<string>（"file"）;stringmethod=cmd.get<string>（"method"）;if（method!
="fgd"&&method!
="mog"&&method!
="mog2"&&method!
="vibe"&&method!
="gmg"）{cerr<<"Incorrectmethod"<<endl;return-1;}Methodm=method=="fgd"?
FGD_STAT:
method=="mog"?
MOG:
method=="mog2"?
MOG2:
method=="vibe"?
VIBE:
GMG;VideoCapturecap;if（useCamera）cap.open（0）;elsecap.open（file）;if（!
cap.isOpened（））{cerr<<"cannotopencameraorvideofile"<<endl;return-1;}Matorigin,frame;cap>>origin;cvtColor（origin,frame,CV_BGR2GRAY）;GpuMatd_frame（frame）;Vibe_Mvibe;GpuMatd_fgmask;Matfgmask;Matfgimg;Matbgimg;switch（m）{caseVIBE:
vibe.initialize（d_frame）;break;}namedWindow（"image",WINDOW_NORMAL）;namedWindow（"foregroundmask",WINDOW_NORMAL）;for（;;）{cap>>origin;if（origin.empty（））break;cvtColor（origin,frame,CV_BGR2GRAY）;d_frame.upload（frame）;//updatethemodelswitch（m）{caseVIBE:
vibe（d_frame,d_fgmask）;break;}d_fgmask.download（fgmask）;imshow（"image",frame）;imshow（"foregroundmask",fgmask）;intkey=waitKey（30）;if（key==27）break;elseif（key==''）{cvWaitKey（0）;}}exit（0）;}</span>Vibe_M.cpp
[cpp]viewplaincopy<spanstyle="font-size:
14px;">#include"Vibe_M.h"namespacecv{namespacegpu{namespacedevice{namespacevibe_m{voidloadConstants（intnbSamples,intreqMatches,intradius,intsubsamplingFactor）;voidinit_gpu（PtrStepSzbframe,intcn,PtrStepSzbsamples,PtrStepSz<unsignedint>randStates,cudaStream_tstream）;voidupdate_gpu（PtrStepSzbframe,intcn,PtrStepSzbfgmask,PtrStepSzbsamples,PtrStepSz<unsignedint>randStates,cudaStream_tstream）;}}}}namespace{constintdefaultNbSamples=20;constintdefaultReqMatches=2;constintdefaultRadius=20;constintdefaultSubsamplingFactor=16;}Vibe_M:
:
Vibe_M（unsignedlongrngSeed）:
frameSize_（0,0）,rngSeed_（rngSeed）{nbSamples=defaultNbSamples;reqMatches=defaultReqMatches;radius=defaultRadius;subsamplingFactor=defaultSubsamplingFactor;}voidVibe_M:
:
initialize（constGpuMat&firstFrame,Stream&s）{usingnamespacecv:
:
gpu:
:
device:
:
vibe_m;CV_Assert（firstFrame.type（）==CV_8UC1||firstFrame.type（）==CV_8UC3||firstFrame.type（）==CV_8UC4）;//cudaStream_tstream=StreamAccessor:
:
getStream（s）;loadConstants（nbSamples,reqMatches,radius,subsamplingFactor）;frameSize_=firstFrame.size（）;if（randStates_.size（）!
=frameSize_）{cv:
:
RNGrng（rngSeed_）;cv:
:
Math_randStates（frameSize_,CV_8UC4）;rng.fill（h_randStates,cv:
:
RNG:
:
UNIFORM,0,255）;randStates_.upload（h_randStates）;}intch=firstFrame.channels（）;intsample_ch=ch==1?
1:
4;samples_.create（nbSamples*frameSize_.height,frameSize_.width,CV_8UC（sample_ch））;init_gpu（firstFrame,ch,samples_,randStates_,0）;}voidVibe_M:
:
operator（）（constGpuMat&frame,GpuMat&fgmask,Stream&s）{usingnamespacecv:
:
gpu:
:
device:
:
vibe_m;CV_Assert（frame.depth（）==CV_8U）;intch=frame.channels（）;intsample_ch=ch==1?
1:
4;if（frame.size（）!
=frameSize_||sample_ch!
=samples_.channels（））initialize（frame）;fgmask.create（frameSize_,CV_8UC1）;update_gpu（frame,ch,fgmask,samples_,randStates_,StreamAccessor:
:
getStream（s））;}voidVibe_M:
:
release（）{frameSize_=Size（0,0）;randStates_.release（）;samples_.release（）;}</span>Vibe_M.h
[cpp]viewplaincopy<spanstyle="font-size:
14px;">#ifndef_VIBE_M_H_#define_VIBE_M_H_#ifndefSKIP_INCLUDES#include<vector>#include<memory>#include<iosfwd>#endif#include"opencv2/core/core.hpp"#include"opencv2/core/gpumat.hpp"#include"opencv2/gpu/gpu.hpp"#include"opencv2/imgproc/imgproc.hpp"#include"opencv2/objdetect/objdetect.hpp"#include"opencv2/features2d/features2d.hpp"usingnamespacestd;usingnamespacecv;usingnamespacecv:
:
gpu;classVibe_M{public:
//!
thedefaultconstructorexplicitVibe_M（unsignedlongrngSeed=1234567）;//!
re-initiaizationmethodvoidinitialize（constGpuMat&firstFrame,Stream&stream=Stream:
:
Null（））;//!
theupdateoperatorvoidoperator（）（constGpuMat&frame,GpuMat&fgmask,Stream&stream=Stream:
:
Null（））;//!
releasesallinnerbuffersvoidrelease（）;intnbSamples;//numberofsamplesperpixelintreqMatches;//#_minintradius;//RintsubsamplingFactor;//amountofrandomsubsamplingprivate:
SizeframeSize_;unsignedlongrngSeed_;GpuMatrandStates_;GpuMatsamples_;};#endif</span>Vibe_M.cu
[html]viewplaincopy<spanstyle="font-size:
14px;">#include"Vibe_M.h"#include"opencv2/gpu/stream_accessor.hpp"namespacecv{namespacegpu{namespacedevice{namespacevibe_m{voidloadConstants（intnbSamples,intreqMatches,intradius,intsubsamplingFactor）;voidinit_gpu（PtrStepSzbframe,intcn,PtrStepSzbsamples,PtrStepSz<unsignedint>randStates,cudaStream_tstream）;voidupdate_gpu（PtrStepSzbframe,intcn,PtrStepSzbfgmask,PtrStepSzbsamples,PtrStepSz<unsignedint>randStates,cudaStream_tstream）;}}}}namespace{constintdefaultNbSamples=20;constintdefaultReqMatches=2;constintdefaultRadius=20;constintdefaultSubsamplingFactor=16;}Vibe_M:
:
Vibe_M（unsignedlongrngSeed）:
frameSize_（0,0）,rngSeed_（rngSeed）{nbSamples=defaultNbSamples;reqMatches=defaultReqMatches;radius=defaultRadius;subsamplingFactor=defaultSubsamplingFactor;}voidVibe_M:
:
initialize（constGpuMat&firstFrame,Stream&s）{usingnamespacecv:
:
gpu:
:
device:
:
vibe_m;CV_Assert（firstFrame.type（）==CV_8UC1||firstFrame.type（）==CV_8UC3||firstFrame.type（）==CV_8UC4）;cudaStream_tstream=cv:
:
gpu:
:
StreamAccessor:
:
getStream（s）;loadConstants（nbSamples,reqMatches,radius,subsamplingFactor）;frameSize_=firstFrame.size（）;if（randStates_.size（）!
=frameSize_）{cv:
:
RNGrng（rngSeed_）;cv:
:
Math_randStates（frameSize_,CV_8UC4）;rng.fill（h_randStates,cv:
:
RNG:
:
UNIFORM,0,255）;randStates_.upload（h_randStates）;}intch=firstFrame.channels（）;intsample_ch=ch==1?
1:
4;samples_.create（nbSamples*frameSize_.height,frameSize_.width,CV_8UC（sample_ch））;init_gpu（firstFrame,ch,samples_,randStates_,stream）;}voidVibe_M:
:
operator（）（constGpuMat&frame,GpuMat&fgmask,Stream&s）{usingnamespacecv:
:
gpu:
:
device:
:
vibe_m;CV_Assert（frame.depth（）==CV_8U）;intch=frame.channels（）;intsample_ch=ch==1?
1:
4;if（frame.size（）!
=frameSize_||sample_ch!
=samples_.channels（））initialize（frame）;fgmask.create（frameSize_,CV_8UC1）;update_gpu（frame,ch,fgmask,samples_,randStates_,cv:
:
gpu:
:
StreamAccessor:
:
getStream（s））;}voidVibe_M:
:
release（）{frameSize_=Size（0,0）;randStates_.release（）;samples_.release（）;}</span>Vibe_M_kernel.cu
[cpp]viewplaincopy<spanstyle="font-size:
14px;">#include"opencv2/gpu/device/common.hpp"#include"opencv2/gpu/device/vec_math.hpp"namespacecv{namespacegpu{namespacedevice{namespacevibe_m{__constant__intc_nbSamples;__constant__intc_reqMatches;__constant__intc_radius;__constant__intc_subsamplingFactor;voidloadConstants（intnbSamples,intreqMatches,intradius,intsubsamplingFactor）{cudaSafeCall（cudaMemcpyToSymbol（c_nbSamples,&nbSamples,sizeof（int）））;cudaSafeCall（cudaMemcpyToSymbol（c_reqMatches,&reqMatches,sizeof（int）））;cudaSafeCall（cudaMemcpyToSymbol（c_radius,&radius,sizeof（int）））;cudaSafeCall（cudaMemcpyToSymbol（c_subsamplingFactor,&subsamplingFactor,sizeof（int）））;}__device____forceinline__uintnextRand（uint&state）{//constunsignedintCV_RNG_COEFF=4164903690U;//已经定义state=state*CV_RNG_COEFF+（state>>16）;returnstate;}__constant__intc_xoff[9]={-1,0,1,-1,1,-1,0,1,0};__constant__intc_yoff[9]={-1,-1,-1,0,0,1,1,1,0};__device____forceinline__int2chooseRandomNeighbor（intx,inty,uint&randState,intcount=8）{intidx=nextRand（randState）%count;returnmake_int2（x+c_xoff[idx],y+c_yoff[idx]）;}__device____forceinline__ucharcvt（ucharval）{returnval;}__device____forceinline__uchar4cvt（constuchar3&val）{returnmake_uchar4（val.x,val.y,val.z,0）;}__device____forceinline__uchar4cvt（constuchar4&val）{returnval;}template<typenameSrcT,
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