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旅行好きなソフトエンジニアの備忘録

プログラミングや技術関連のメモを始めました

【Python】 "Deep Learning Prerequisites: The Numpy Stack in Python" Lecture4のメモ

udemyで無料オンラインコースがいくつかあるのですが、Numpyの無料講座を受講中です。その中で知らなかった事をメモしておきます。

www.udemy.com

1. ベクトルのユークリッドノルムの計算はnp.linalg.normで出来る

import numpy as np

vec = np.array([1, 2, 3])
norm = np.linalg.norm(vec)

【WPF】 RadioButtonをユーザーが触れないようにする

IsHitTestVisibleとIsTabStopをFalseに設定します。IsHitTestVisibleのみをFalseにした場合、Tabキーを押してRadioButtonに移動し、スペースキーを押すとRadioButtonをチェックできてしまうため、両方Falseにする必要があります。

<RadioButton Content="ReadOnlyRadioButton" IsHitTestVisible="False" IsTabStop="False"/>

【OpenCvSharp】 ポインタを利用してMatクラスの画素にアクセスする

OpenCvSharpのMatクラスを走査する時、いつもAtメソッドを利用していたのですが、ポインタを使って走査する方法を見つけたのでメモします。

gist.github.com

リンク先はカラー画像に対して走査していますが、自分はグレースケール画像を走査したかったので、その場合のコード以下のようになります。unsafeキーワードを利用可能にするため、”アンセーフ コードの許可(F)”にチェックを入れることを忘れないで下さい。

unsafe {
    byte* b = mm.DataPointer;
    for (int i = 0; i < height; i++) {
        for (int j = 0; j < width; j++) {
            byte valueAt = b[0];
            b += 1;
        }
    }
}

【OpenCV】 画像に傾いた四角形を書き込む

RotatedRectは直線を利用して描くしかないようです。。。

// 画像を読み込む
Mat source;
imread("lenna.jpg").copyTo(source);
if (source.empty())
{
    throw runtime_error("Failed to open image");
}

// RotatedRectを描画する
Mat destination;
source.copyTo(destination);
RotatedRect rect = RotatedRect(Point2f(40.0, 40.0), Size2f(60.0, 20.0), 20.0);
Scalar color = Scalar(0, 0, 0);
int thickness = 2;
Point2f vertices[4];
rect.points(vertices);
for (int i = 0; i < 4; ++i)
{
    line(destination, vertices[i], vertices[(i + 1)%4], color, thickness);
}

f:id:ni4muraano:20170420211718j:plain:w200 f:id:ni4muraano:20170420212828j:plain:w200

【OpenCV】 画像に楕円を書き込む

ellipseというメソッドを利用すると画像に楕円を書き込めますよ、というメモです。

// 画像を読み込む
Mat source;
imread("lenna.jpg").copyTo(source);
if (source.empty())
{
    throw runtime_error("Failed to open image");
}

Mat destination;
source.copyTo(destination);
RotatedRect rect = RotatedRect(Point2f(40.0, 40.0), Size2f(60.0, 20.0), 20.0);
Scalar color = Scalar(0, 0, 0);
int thickness = 2;
// 楕円を書き込む
ellipse(destination, rect, color, thickness);

f:id:ni4muraano:20170115110821j:plain:w200 f:id:ni4muraano:20170420211741j:plain:w200

【WPF】 時間のかかる処理を実行する時にアニメーションを表示する

アプリケーションで時間のかかる処理を実行している時に「今処理を実行中ですよ」とユーザーに知らせたい時、実行中に表示するアニメーションがあると便利です。幸いアニメーション自体は既に作成してくれている人がいるので、それを拝借します。

www.trillian.com.au

<ResourceDictionary 
    xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
    xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
    >
    <Color x:Key="FilledColor" A="255" B="155" R="155" G="155"/>
    <Color x:Key="UnfilledColor" A="0" B="155" R="155" G="155"/>

    <Style x:Key="BusyAnimationStyle" TargetType="Control">
        <Setter Property="Background" Value="#7F000000"/>

        <Setter Property="Template">
            <Setter.Value>
                <ControlTemplate TargetType="Control">
                    <ControlTemplate.Resources>
                        <Storyboard x:Key="Animation0" BeginTime="00:00:00.0" RepeatBehavior="Forever">
                            <ColorAnimationUsingKeyFrames 
                                Storyboard.TargetName="ellipse0" 
                                Storyboard.TargetProperty="(Shape.Fill).(SolidColorBrush.Color)"
                                >
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:00.0" Value="{StaticResource FilledColor}"/>
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:01.6" Value="{StaticResource UnfilledColor}"/>
                            </ColorAnimationUsingKeyFrames>
                        </Storyboard>

                        <Storyboard x:Key="Animation1" BeginTime="00:00:00.2" RepeatBehavior="Forever">
                            <ColorAnimationUsingKeyFrames 
                                Storyboard.TargetName="ellipse1" 
                                Storyboard.TargetProperty="(Shape.Fill).(SolidColorBrush.Color)"
                                >
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:00.0" Value="{StaticResource FilledColor}"/>
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:01.6" Value="{StaticResource UnfilledColor}"/>
                            </ColorAnimationUsingKeyFrames>
                        </Storyboard>

                        <Storyboard x:Key="Animation2" BeginTime="00:00:00.4" RepeatBehavior="Forever">
                            <ColorAnimationUsingKeyFrames 
                                Storyboard.TargetName="ellipse2" 
                                Storyboard.TargetProperty="(Shape.Fill).(SolidColorBrush.Color)"
                                >
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:00.0" Value="{StaticResource FilledColor}"/>
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:01.6" Value="{StaticResource UnfilledColor}"/>
                            </ColorAnimationUsingKeyFrames>
                        </Storyboard>

                        <Storyboard x:Key="Animation3" BeginTime="00:00:00.6" RepeatBehavior="Forever">
                            <ColorAnimationUsingKeyFrames 
                                Storyboard.TargetName="ellipse3" 
                                Storyboard.TargetProperty="(Shape.Fill).(SolidColorBrush.Color)"
                                >
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:00.0" Value="{StaticResource FilledColor}"/>
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:01.6" Value="{StaticResource UnfilledColor}"/>
                            </ColorAnimationUsingKeyFrames>
                        </Storyboard>

                        <Storyboard x:Key="Animation4" BeginTime="00:00:00.8" RepeatBehavior="Forever">
                            <ColorAnimationUsingKeyFrames 
                                Storyboard.TargetName="ellipse4" 
                                Storyboard.TargetProperty="(Shape.Fill).(SolidColorBrush.Color)"
                                >
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:00.0" Value="{StaticResource FilledColor}"/>
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:01.6" Value="{StaticResource UnfilledColor}"/>
                            </ColorAnimationUsingKeyFrames>
                        </Storyboard>

                        <Storyboard x:Key="Animation5" BeginTime="00:00:01.0" RepeatBehavior="Forever">
                            <ColorAnimationUsingKeyFrames 
                                Storyboard.TargetName="ellipse5" 
                                Storyboard.TargetProperty="(Shape.Fill).(SolidColorBrush.Color)"
                                >
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:00.0" Value="{StaticResource FilledColor}"/>
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:01.6" Value="{StaticResource UnfilledColor}"/>
                            </ColorAnimationUsingKeyFrames>
                        </Storyboard>

                        <Storyboard x:Key="Animation6" BeginTime="00:00:01.2" RepeatBehavior="Forever">
                            <ColorAnimationUsingKeyFrames 
                                Storyboard.TargetName="ellipse6" 
                                Storyboard.TargetProperty="(Shape.Fill).(SolidColorBrush.Color)"
                                >
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:00.0" Value="{StaticResource FilledColor}"/>
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:01.6" Value="{StaticResource UnfilledColor}"/>
                            </ColorAnimationUsingKeyFrames>
                        </Storyboard>

                        <Storyboard x:Key="Animation7" BeginTime="00:00:01.4" RepeatBehavior="Forever">
                            <ColorAnimationUsingKeyFrames 
                                Storyboard.TargetName="ellipse7" 
                                Storyboard.TargetProperty="(Shape.Fill).(SolidColorBrush.Color)"
                                >
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:00.0" Value="{StaticResource FilledColor}"/>
                                <SplineColorKeyFrame KeyTime="00:00:01.6" Value="{StaticResource UnfilledColor}"/>
                            </ColorAnimationUsingKeyFrames>
                        </Storyboard>
                    </ControlTemplate.Resources>

                    <ControlTemplate.Triggers>
                        <Trigger Property="IsVisible" Value="True">
                            <Trigger.EnterActions>
                                <BeginStoryboard Storyboard="{StaticResource Animation0}" x:Name="Storyboard0" />
                                <BeginStoryboard Storyboard="{StaticResource Animation1}" x:Name="Storyboard1"/>
                                <BeginStoryboard Storyboard="{StaticResource Animation2}" x:Name="Storyboard2"/>
                                <BeginStoryboard Storyboard="{StaticResource Animation3}" x:Name="Storyboard3"/>
                                <BeginStoryboard Storyboard="{StaticResource Animation4}" x:Name="Storyboard4"/>
                                <BeginStoryboard Storyboard="{StaticResource Animation5}" x:Name="Storyboard5"/>
                                <BeginStoryboard Storyboard="{StaticResource Animation6}" x:Name="Storyboard6"/>
                                <BeginStoryboard Storyboard="{StaticResource Animation7}" x:Name="Storyboard7"/>
                            </Trigger.EnterActions>

                            <Trigger.ExitActions>
                                <StopStoryboard BeginStoryboardName="Storyboard0"/>
                                <StopStoryboard BeginStoryboardName="Storyboard1"/>
                                <StopStoryboard BeginStoryboardName="Storyboard2"/>
                                <StopStoryboard BeginStoryboardName="Storyboard3"/>
                                <StopStoryboard BeginStoryboardName="Storyboard4"/>
                                <StopStoryboard BeginStoryboardName="Storyboard5"/>
                                <StopStoryboard BeginStoryboardName="Storyboard6"/>
                                <StopStoryboard BeginStoryboardName="Storyboard7"/>
                            </Trigger.ExitActions>
                        </Trigger>
                    </ControlTemplate.Triggers>

                    <Border
                        BorderBrush="{TemplateBinding BorderBrush}"
                        BorderThickness="{TemplateBinding BorderThickness}" 
                        Background="{TemplateBinding Background}"
                        >
                        <Canvas Height="60" Width="60">
                            <Canvas.Resources>
                                <Style TargetType="Ellipse">
                                    <Setter Property="Width" Value="15"/>
                                    <Setter Property="Height" Value="15" />
                                    <Setter Property="Fill" Value="#009B9B9B" />
                                </Style>
                            </Canvas.Resources>

                            <Ellipse x:Name="ellipse0" Canvas.Left="1.75" Canvas.Top="21"/>
                            <Ellipse x:Name="ellipse1" Canvas.Top="7" Canvas.Left="6.5"/>
                            <Ellipse x:Name="ellipse2" Canvas.Left="20.5" Canvas.Top="0.75"/>
                            <Ellipse x:Name="ellipse3" Canvas.Left="34.75" Canvas.Top="6.75"/>
                            <Ellipse x:Name="ellipse4" Canvas.Left="40.5" Canvas.Top="20.75" />
                            <Ellipse x:Name="ellipse5" Canvas.Left="34.75" Canvas.Top="34.5"/>
                            <Ellipse x:Name="ellipse6" Canvas.Left="20.75" Canvas.Top="39.75"/>
                            <Ellipse x:Name="ellipse7" Canvas.Top="34.25" Canvas.Left="7" />
                            <Ellipse Width="39.5" Height="39.5" Canvas.Left="8.75" Canvas.Top="8" Visibility="Hidden"/>
                        </Canvas>
                    </Border>
                </ControlTemplate>
            </Setter.Value>
        </Setter>
    </Style>
</ResourceDictionary>

上記コードをBusyAnimationStyle.xamlとして保存し、App.xamlにBusyAnimationStyle.xamlを書き込みます。

<Application x:Class="Example.App"
             xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
             xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml">
    <Application.Resources>
        <ResourceDictionary>
            <ResourceDictionary.MergedDictionaries>
                <ResourceDictionary Source="Windows\BusyAnimationStyle.xaml"/>
            </ResourceDictionary.MergedDictionaries>
        </ResourceDictionary>
    </Application.Resources>
</Application>

次に、Windowのxamlに配置します。VisibilityはHiddenにしておかないと、アプリケーション起動時にいきなりBusyAnimationが有効になってしまいます。

<Window x:Class="Example.MainWindow"
        xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
        xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
        Height="500" Width="500">
    <Grid>
        <Control Name="busyAnimation" Style="{StaticResource BusyAnimationStyle}" Width="{Binding Path=Width, ElementName=MainWindow}" Visibility="Hidden"/>
    </Grid>
</Window>

以上で準備は完了です。あとは時間のかかる処理を実行する前に下記のようにVisibilityをVisibleにすればアニメーションがスタートします。時間のかかる処理が完了した後は再度VisibilityをHiddenにすることを忘れないようにして下さい。

busyAnimation.Visibility=Visible;

【C#】 平滑化スプラインを実装する

波形に乗ったノイズを取り除く方法はいくつかあるのですが、今回は平滑化スプラインを実装します。ソースはどこかの論文に書いてあったものをC#に移植したものです。まずは平滑化スプラインを行うSplineSmoothingクラスを作成します。

public class SplineSmoothing
{
    private static double[] _x;
    private static double[] _y;
    private static double[] _dy;
    private static double[] _a;
    private static double[] _b;
    private static double[] _c;
    private static double[] _d;
    private static int _n1;
    private static int _n2;

    /// <summary>
    /// スムージング+内挿したい場合に呼び出すコンストラクタ
    /// </summary>
    /// <param name="x">xの値</param>
    /// <param name="y">xでのyの値</param>
    /// <param name="s">ペナルティ係数(大きい程滑らかになる)</param>
    public SplineSmoothing(IList<double> x, IList<double> y, double s)
    {
        Initialize(x.ToArray(), y.ToArray(), s);
    }

    /// <summary>
    /// スムージングを実行するメソッド
    /// </summary>
    /// <param name="y">yの値</param>
    /// <param name="s">ペナルティ係数(大きい程滑らかになる)</param>
    /// <returns></returns>
    public static double[] Smooth(IList<double> y, double s)
    {
        var x = new double[y.Count];
        for (int i = 0; i < x.Length; ++i)
        {
            x[i] = i;
        }
        Initialize(x, y.ToArray(), s);
        var smoothed = new double[y.Count];
        for (int i = 0; i < smoothed.Length; ++i)
        {
            smoothed[i] = _Interpolate(x[i]);
        }
        return smoothed;
    }

    /// <summary>
    /// 初期化を実行するメソッド
    /// </summary>
    /// <param name="x">xの値</param>
    /// <param name="y">yの値</param>
    /// <param name="s">ペナルティ係数(大きい程滑らかになる)</param>
    private static void Initialize(double[] x, double[] y, double s)
    {
        _x = new double[x.Length + 2];
        _y = new double[_x.Length];
        _dy = new double[_x.Length];
        for (int i = 1; i < _x.Length - 1; ++i)
        {
            _x[i] = x[i - 1];
            _y[i] = y[i - 1];
            _dy[i] = 1.0;
        }
        _n1 = 1;
        _n2 = _x.Length - 2;

        int m1 = _n1 - 1;
        int m2 = _n2 + 1;
        var r = new double[_x.Length];
        var r1 = new double[_x.Length];
        var r2 = new double[_x.Length];
        var u = new double[_x.Length];
        double p;
        r[m1] = r[_n1] = r1[_n2] = r2[_n2] = r2[m2] = u[m1] = u[_n1] = u[_n2] = u[m2] = p = 0.0;
        m1 = _n1 + 1;
        m2 = _n2 - 1;
        _a = new double[_x.Length];
        var t = new double[_x.Length];
        var t1 = new double[_x.Length];
        double h = _x[m1] - _x[_n1];
        double f = (_y[m1] - _y[_n1]) / h;
        double g = 0.0;
        double e;
        for (int i = m1; i <= m2; ++i)
        {
            g = h;
            h = _x[i + 1] - _x[i];
            e = f;
            f = (_y[i + 1] - _y[i]) / h;
            _a[i] = f - e;
            t[i] = 2.0 * (g + h) / 3.0;
            t1[i] = h / 3.0;
            r2[i] = _dy[i - 1] / g;
            r[i] = _dy[i + 1] / h;
            r1[i] = -_dy[i] / g - _dy[i] / h;
        }
        _b = new double[_x.Length];
        _c = new double[_x.Length];
        _d = new double[_x.Length];
        for (int i = m1; i <= m2; ++i)
        {
            _b[i] = r[i] * r[i] + r1[i] * r1[i] + r2[i] * r2[i];
            _c[i] = r[i] * r1[i + 1] + r1[i] * r2[i + 1];
            _d[i] = r[i] * r2[i + 2];
        }
        double f2 = -s;

        int count = 0;
        while (true)
        {
            if (++count > 10000) break;

            for (int i = m1; i <= m2; ++i)
            {
                r1[i - 1] = f * r[i - 1];
                r2[i - 2] = g * r[i - 2];
                r[i] = 1 / (p * _b[i] + t[i] - f * r1[i - 1] - g * r2[i - 2]);
                u[i] = _a[i] - r1[i - 1] * u[i - 1] - r2[i - 2] * u[i - 2];
                f = p * _c[i] + t1[i] - h * r1[i - 1];
                g = h;
                h = _d[i] * p;
            }
            for (int i = m2; i >= m1; --i)
            {
                u[i] = r[i] * u[i] - r1[i] * u[i + 1] - r2[i] * u[i + 2];
            }
            e = h = 0.0;
            var v = new double[_x.Length + 2];
            for (int i = _n1; i <= m2; ++i)
            {
                g = h;
                h = (u[i + 1] - u[i]) / (_x[i + 1] - _x[i]);
                v[i] = (h - g) * _dy[i] * _dy[i];
                e = e + v[i] * (h - g);
            }
            g = v[_n2] = -h * _dy[_n2] * _dy[_n2];
            e = e - g * h;
            g = f2;
            f2 = e * p * p;
            if (f2 >= s || f2 <= g)
            {
                for (int i = _n1; i <= _n2; ++i)
                {
                    _a[i] = _y[i] - p * v[i];
                    _c[i] = u[i];
                }
                for (int i = _n1; i <= m2; ++i)
                {
                    h = _x[i + 1] - _x[i];
                    _d[i] = (_c[i + 1] - _c[i]) / (3 * h);
                    _b[i] = (_a[i + 1] - _a[i]) / h - (h * _d[i] + _c[i]) * h;
                }
                break;
            }
            else
            {
                f = 0.0;
                h = (v[m1] - v[_n1]) / (_x[m1] - _x[_n1]);
                for (int i = m1; i <= m2; ++i)
                {
                    g = h;
                    h = (v[i + 1] - v[i]) / (_x[i + 1] - _x[i]);
                    g = h - g - r1[i - 1] * r[i - 1] - r2[i - 2] * r[i - 2];
                    f = f + g * r[i] * g;
                    r[i] = g;
                }
                h = e - p * f;
                if (h <= 0.0)
                {
                    for (int i = _n1; i <= _n2; ++i)
                    {
                        _a[i] = _y[i] - p * v[i];
                        _c[i] = u[i];
                    }
                    for (int i = _n1; i <= m2; ++i)
                    {
                        h = _x[i + 1] - _x[i];
                        _d[i] = (_c[i + 1] - _c[i]) / (3 * h);
                        _b[i] = (_a[i + 1] - _a[i]) / h - (h * _d[i] + _c[i]) * h;
                    }
                    break;
                }
                else
                {
                    p = p + (s - f2) / ((Math.Sqrt(s / e) + p) * h);
                }
            }
        }
    }

    /// <summary>
    /// xにおけるyの値を返すメソッド
    /// </summary>
    /// <param name="x">xの値</param>
    /// <returns>yの値</returns>
    public double Interpolate(double x)
    {
        return _Interpolate(x);
    }

    /// <summary>
    /// xにおけるyの値を返すメソッド
    /// </summary>
    /// <param name="x">xの値</param>
    /// <returns>yの値</returns>
    private static double _Interpolate(double x)
    {
        for (int i = _n1; i < _n2; ++i)
        {
            if ((x >= _x[i]) && (x < _x[i + 1]))
            {
                double h = x - _x[i];
                return ((_d[i] * h + _c[i]) * h + _b[i]) * h + _a[i];
            }
        }

        if (x == _x[_n2])
        {
            double h = x - _x[_n2];
            return ((_d[_n2] * h + _c[_n2]) * h + _b[_n2]) * h + _a[_n2];
        }

        throw new ArgumentOutOfRangeException("x", "Extrapolation is not allowed");
    }
}


次にSplineSmoothingの使い方ですが、Sin波に乗ったノイズを取り除く例を示します。まず、内挿が必要無ければ以下のように簡単に記述できます。

// ノイズ付きのSin波を作成する
var xs = new double[100];
var ys = new double[100];
var random = new Random(1);
for (int i = 0; i < xs.Length; ++i)
{
    double x = 2.0 * Math.PI / xs.Length * i;
    xs[i] = x;
    ys[i] = Math.Sin(x) + (random.NextDouble() - 0.5)/5.0;
}

// スムージングする
double penalty = 0.5;
var smoothedYs = SplineSmoothing.Smooth(ys, penalty);

f:id:ni4muraano:20170416112551j:plain:w250 f:id:ni4muraano:20170416112602j:plain:w250

スムージングに加えて内挿が必要な場合は、まずはコンストラクタでSplineSmoothingクラスを生成し、その後Interpolateメソッドで内挿点を指定すれば良いです。

// ノイズ付きのSin波を作成する
var xs = new double[100];
var ys = new double[100];
var random = new Random(1);
for (int i = 0; i < xs.Length; ++i)
{
    double x = 2.0 * Math.PI / xs.Length * i;
    xs[i] = x;
    ys[i] = Math.Sin(x) + (random.NextDouble() - 0.5)/5.0;
}

// SplineSmoothingクラスを生成する
double penalty = 0.5;
var spline = new SplineSmoothing(xs, ys, penalty);
// 内挿点を指定する
double interpolation = 2.0 * Math.PI / 95.0;
// 内挿点におけるスムージングされたyの値を取得する
double y = spline.Interpolate(interpolation);