Octave を用いた画像処理や統計処理，Octave と OpenCV との連携

octave のインストールと使用法

Linux でのインストール

• Ubuntu で，パッケージを用いて Octave をインストール

  Ubuntu 16.04 で, パッケージを用いて octave バージョン 4.0.0 をインストールoする手順を図解などで説明します．

• Fedora で，パッケージを用いて Octave バージョン 4.2.1 をインストール Fedora で，パッケージを用いて Octave バージョン 4.2.1 をインストールする手順を図解などで説明します．

• CentOS で，パッケージを用いて Octave をインストール

• Ubuntu, Fedora で Octave バージョン 3.8.0 のビルドとインストールとテスト実行（古い情報）

  Octave の ソースコードをダウンロードし，Linux 上でビルドして，インストールする手順を図解で説明します．yum でインストールした Octave との簡単な性能比較も載せています．

  なぜ，ソースコードからビルドするのか？

  • Octave に ATLAS を組み込みたい
  • Octave に Intel Math Kernel Library (インテル・マス・カーネル・ライブラリ) を組み込みたい
  • 最新版を追いかけたみたい

  などの場合

• FreeBSD に Octave バージョン 3.2.4 と Octave-Forge をインストール

Windows でのインストール

1. Windows に Octave バージョン 3.6.1 をインストール（Windows 版をインストール）

   Octave バージョン 3.6.1 の Windows 版をインストール，テスト実行する手順を図解で説明します．インストールは簡単に行えます．

   • インストール手順
   • 動作確認
   • gnuplot との連携の例
   • blas.dll の入れ替え
   • 性能測定の例

     行列と行列の積, LU 分解, 正方行列の逆行列, 行列式, Singular Value Decomposition, QR factorization, 分散共分散行列, 分散共分散行列の固有値と固有ベクトル（主成分分析）, 2次元の畳み込み（コンボリューション）, 2次元の高速フーリエ変換 (FFT), convex hull

2. （オプション）Windows に Octave バージョン 3.2.4 をインストール（Cygwinのパッケージをインストール．Windows 上の Cygwin にインストール

   Octave バージョン 3.2.4 の Cygwin 版をインストール，テスト実行する手順を図解で説明します．簡単にインストールできます．

   Cygwin のパッケージからインストールします． Cygwin の C コンパイラを用いて，octave のプログラムの機能 (liboctave など) を使うプログラムの練習をしたいというような場合には，この手順が参考になるかも知れません．

   ■ この Web ページで説明してること

   • インストール手順
   • 動作確認
   • gnuplot との連携の例
   • cygblas-0.dll の入れ替え
   • 性能測定の例 行列と行列の積, LU 分解, 正方行列の逆行列, 行列式, Singular Value Decomposition, QR factorization, 分散共分散行列, 分散共分散行列の固有値と固有ベクトル（主成分分析）, 2次元の畳み込み（コンボリューション）, 2次元の高速フーリエ変換 (FFT), convex hul

3. （オプション）Windows に Octave バージョン 3.2.4 と octave-forge をビルドとインストール（ソースコードからコンパイル．Windows 上の Cygwin にインストール）

   Octave の ソースコードパッケージをダウンロードし，Cygwin 上でビルドして，インストールする手順を図解で説明します． ソースコードからコンパイルしたい場合（例えば，最新の Octave を追いかけたいなど）の場合には，この Web ページの手順が参考になるでしょう．

octave 関連ソフトウエア

• Ubuntu で octaviz のダウンロードとビルドとインストール (書きかけ)

C/C++ 言語プログラムとの連携

• Octave の mkoctfile コマンドを使って OCT ファイルを作る

• Octave から OpenCV の k-means クラスタリング関数を呼び出す例

設定のヒント、追加作業など

• OpenMP を使うように Octave 3.2.3 の DLD-FUNCTIONS/conv2.cc を書き換えて，2 次元の畳み込みを高速化
• Octave バージョン 3.2.4 で imread, imfinfo, file_in_path 等が動かないバグ

Octave bindings for OpenCV

Octave bindings for OpenCV は古いバージョンの OpenCV の機能なので注意．

• Linux で Octave bindings for OpenCV のビルドとインストール

  Octave から OpenCV の機能を呼び出すことができるようになる．

• Linux で Octave bindings for OpenCV バージョン 031808 のビルドとインストール

  古いバージョンの Octave bindings for OpenCV を使いたいというときの参考情報．最新版については別の Web ページに記述しています．

video パッケージ

Octave 3.6.3 で確認済み

• Octave の video パッケージのビルド (Linux での手順)

  http://octave.sourceforge.net/ などで公開されている Octave パッケージの中の video パッケージ

• AVI 形式のビデオファイルを扱う例

Octave の文法と主要な機能

• Octave の基本機能と文法

  Octave のデータ型，種々の基本的な演算，乱数，ベクトルや行列についての各種の演算（固有値，固有ベクトル，逆行列，行列式など）について説明する．

• Octave での統計計算

  Octave では，平均，二乗和，分散，標準編纂，平均を引く操作，平均を引き標準偏差で割る操作，尖度，歪度，ＱＱプロット，マハラノビス距離，スピアマンの順位相関係数を簡単に求めることができる．

• Octave でのテキストファイル入出力とユーザ I/O
  • ユーザ I/O 機能: 端末への単純出力，端末からの入力，端末からの Yes/No 入力，端末へのメニュー表示と入力
  • C スタイルの入出力機能 (C-Style I/O Functions): ファイルのオープン，ファイルのクローズ，書式付き書き込み，行単位でのファイル読み出し．文字列のスキャン，ファイルの終わり
  • io パッケージの機能: CSV 形式ファイルの読み出しと書き込み

  ※ ユーザ I/O 機能，C スタイルの入出力機能，io パッケージの機能は，他にもいろいろなあります．

• Octave の interp2 で補間するとき入力として uint8 を与えると誤りを生じる

ベクトル集合に関する操作

• 関数の極値
• ベクトル集合のマッチングの例
• Iterative Closest Point

Octave を用いた画像処理の例

• Octave での画像ファイルの入出力
  • 画像ファイルの読み込みと表示
  • 画像ファイルの書き出し
  • 画像ファイルの情報取得

■ 二値画像

• Octave での画像処理の例（二値画像を入力とする画像処理）

  Octave での画像処理の例（二値画像を入力とする画像処理）の例を，プログラムと図解で説明します．

  • 距離変換
  • 境界抽出
  • 接続領域 (connected region) の抽出
  • モルフォロジカル演算

■ 濃淡画像

• Octave での MatlabFns
  • Canny エッジ (Canny Edge)
  • Harris コーナ検出器 (Harris Corner detector)
  • Loy and Zelinski の高速 radial 特徴検出器
  • 5-tap 係数を用いた１階微分と２階微分
  • 7-tap 係数を用いた１階微分と２階微分
  • Phase Congruency を用いた特徴検出 (Feature Detection)
  • Thresholding と二値化

• Octave で濃淡画像の二値化、エッジ抽出（濃淡画像を入力、二値画像を出力とする）
  • 濃淡画像の Thresholding と二値化
  • 濃淡画像の エッジ抽出

• Octave で濃淡画像の勾配強度画像とガウシアンフィルタ（濃淡画像を入力、出力とする）
  • 勾配強度画像
  • ガウシアン平滑化 (Isotropic Gaussian Smoothing)
  • ガウシアンフィルタと勾配強度の組み合わせ

• Octave で濃淡画像の平滑化（濃淡画像を入力、出力とする）
  • ガウシアン平滑化 (Isotropic Gaussian Smoothing)
  • Bilateral 平滑化 (Gaussian Bilateral filtering)
  • Perona, Malik らの nonlinear isotropic diffusion 平滑化 (Perona and Malik's smoothing using nonlinear isotropic diffusion)
  • Rectangular averaging linear フィルタによる平滑化 (smoothing using rectangular averaging linear filter)
  • Cirtular averaging linear フィルタによる平滑化 (smoothing using rectangular circular linear filter)
  • Median フイルタによる平滑化 (smooting using median filtering)

• Octave で濃淡画像を扱う種々の処理
  • 濃淡画像のヒストグラムとヒストグラム平坦化
  • 種々の処理

■ カラー画像

• Octave でカラー画像の色空間を扱う（カラー画像を入力、出力とする）
  • RGB を Lab に変換
  • Lab を RGB に変換

• Octave でカラー画像の勾配強度画像とガウシアンフィルタ（カラー画像を入力、出力とする）
  • 勾配強度画像
  • ガウシアン平滑化 (Isotropic Gaussian Smoothing)
  • ガウシアンフィルタと勾配強度の組み合わせ

• Octave でカラー画像の平滑化（カラー画像を入力、出力とする）
  • ガウシアン平滑化 (Isotropic Gaussian Smoothing)
  • Bilateral 平滑化 (Gaussian Bilateral filtering)
  • Perona, Malik らの nonlinear isotropic diffusion 平滑化 (Perona and Malik's smoothing using nonlinear isotropic diffusion)
  • Rectangular averaging linear フィルタによる平滑化 (smoothing using rectangular averaging linear filter)
  • Cirtular averaging linear フィルタによる平滑化 (smoothing using rectangular circular linear filter)
  • Median フイルタによる平滑化 (smooting using median filtering)

• Octave でカラー画像を扱う種々の処理（カラー画像を入力、出力とする）
  • カラー画像の輝度平坦化
  • カラー画像のヒストグラム平坦化

ベクトルマップ，ビデオ

• Octave で二次元のベクトルマップ (vector map) を扱う例

• (参考) Avidemux を用いたビデオファイルの再エンコードの例

特徴抽出など

• Octave での k-means クラスタリングの例

• Octave で VLFeat を使う
  • VLFeat のビルドとインストール
  • Octave で VLFeat を使ってみる．Try to use VLFeat on Octave

• Fast SIFT Image Features Library のダウンロードとビルドとインストールとテスト実行
  • Fast SIFT Image Features Library のビルドとインストール
  • siftfast コマンドを使い，PGM 画像ファイル(濃淡画像) から SIFT 特徴量を求める
  • octave を起動し SIFT 特徴量を求める

Octave を用いた統計処理の例

確率／統計

• カーネル

• 最小二乗法と Tukey の Biwidth 推定法

ベクトル，配列の Outlier の検出

• Octave で Outlier 検出 （書きかけ）

• Octave で ltfat のビルドとインストール（書きかけ）

• Octave で biosig を使う（書きかけ）

• Octave で octave-fltk のビルドとインストール（書きかけ）

時系列