Update the changelog
[opencv] / cv / src / cvkalman.cpp
1 /*M///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
2 //
3 //  IMPORTANT: READ BEFORE DOWNLOADING, COPYING, INSTALLING OR USING.
4 //
5 //  By downloading, copying, installing or using the software you agree to this license.
6 //  If you do not agree to this license, do not download, install,
7 //  copy or use the software.
8 //
9 //
10 //                        Intel License Agreement
11 //                For Open Source Computer Vision Library
12 //
13 // Copyright (C) 2000, Intel Corporation, all rights reserved.
14 // Third party copyrights are property of their respective owners.
15 //
16 // Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification,
17 // are permitted provided that the following conditions are met:
18 //
19 //   * Redistribution's of source code must retain the above copyright notice,
20 //     this list of conditions and the following disclaimer.
21 //
22 //   * Redistribution's in binary form must reproduce the above copyright notice,
23 //     this list of conditions and the following disclaimer in the documentation
24 //     and/or other materials provided with the distribution.
25 //
26 //   * The name of Intel Corporation may not be used to endorse or promote products
27 //     derived from this software without specific prior written permission.
28 //
29 // This software is provided by the copyright holders and contributors "as is" and
30 // any express or implied warranties, including, but not limited to, the implied
31 // warranties of merchantability and fitness for a particular purpose are disclaimed.
32 // In no event shall the Intel Corporation or contributors be liable for any direct,
33 // indirect, incidental, special, exemplary, or consequential damages
34 // (including, but not limited to, procurement of substitute goods or services;
35 // loss of use, data, or profits; or business interruption) however caused
36 // and on any theory of liability, whether in contract, strict liability,
37 // or tort (including negligence or otherwise) arising in any way out of
38 // the use of this software, even if advised of the possibility of such damage.
39 //
40 //M*/
41 #include "_cv.h"
42
43
44 CV_IMPL CvKalman*
45 cvCreateKalman( int DP, int MP, int CP )
46 {
47     CvKalman *kalman = 0;
48
49     CV_FUNCNAME( "cvCreateKalman" );
50     
51     __BEGIN__;
52
53     if( DP <= 0 || MP <= 0 )
54         CV_ERROR( CV_StsOutOfRange,
55         "state and measurement vectors must have positive number of dimensions" );
56
57     if( CP < 0 )
58         CP = DP;
59     
60     /* allocating memory for the structure */
61     CV_CALL( kalman = (CvKalman *)cvAlloc( sizeof( CvKalman )));
62     memset( kalman, 0, sizeof(*kalman));
63     
64     kalman->DP = DP;
65     kalman->MP = MP;
66     kalman->CP = CP;
67
68     CV_CALL( kalman->state_pre = cvCreateMat( DP, 1, CV_32FC1 ));
69     cvZero( kalman->state_pre );
70     
71     CV_CALL( kalman->state_post = cvCreateMat( DP, 1, CV_32FC1 ));
72     cvZero( kalman->state_post );
73     
74     CV_CALL( kalman->transition_matrix = cvCreateMat( DP, DP, CV_32FC1 ));
75     cvSetIdentity( kalman->transition_matrix );
76
77     CV_CALL( kalman->process_noise_cov = cvCreateMat( DP, DP, CV_32FC1 ));
78     cvSetIdentity( kalman->process_noise_cov );
79     
80     CV_CALL( kalman->measurement_matrix = cvCreateMat( MP, DP, CV_32FC1 ));
81     cvZero( kalman->measurement_matrix );
82
83     CV_CALL( kalman->measurement_noise_cov = cvCreateMat( MP, MP, CV_32FC1 ));
84     cvSetIdentity( kalman->measurement_noise_cov );
85
86     CV_CALL( kalman->error_cov_pre = cvCreateMat( DP, DP, CV_32FC1 ));
87     
88     CV_CALL( kalman->error_cov_post = cvCreateMat( DP, DP, CV_32FC1 ));
89     cvZero( kalman->error_cov_post );
90
91     CV_CALL( kalman->gain = cvCreateMat( DP, MP, CV_32FC1 ));
92
93     if( CP > 0 )
94     {
95         CV_CALL( kalman->control_matrix = cvCreateMat( DP, CP, CV_32FC1 ));
96         cvZero( kalman->control_matrix );
97     }
98
99     CV_CALL( kalman->temp1 = cvCreateMat( DP, DP, CV_32FC1 ));
100     CV_CALL( kalman->temp2 = cvCreateMat( MP, DP, CV_32FC1 ));
101     CV_CALL( kalman->temp3 = cvCreateMat( MP, MP, CV_32FC1 ));
102     CV_CALL( kalman->temp4 = cvCreateMat( MP, DP, CV_32FC1 ));
103     CV_CALL( kalman->temp5 = cvCreateMat( MP, 1, CV_32FC1 ));
104
105 #if 1
106     kalman->PosterState = kalman->state_pre->data.fl;
107     kalman->PriorState = kalman->state_post->data.fl;
108     kalman->DynamMatr = kalman->transition_matrix->data.fl;
109     kalman->MeasurementMatr = kalman->measurement_matrix->data.fl;
110     kalman->MNCovariance = kalman->measurement_noise_cov->data.fl;
111     kalman->PNCovariance = kalman->process_noise_cov->data.fl;
112     kalman->KalmGainMatr = kalman->gain->data.fl;
113     kalman->PriorErrorCovariance = kalman->error_cov_pre->data.fl;
114     kalman->PosterErrorCovariance = kalman->error_cov_post->data.fl;
115 #endif    
116
117     __END__;
118
119     if( cvGetErrStatus() < 0 )
120         cvReleaseKalman( &kalman );
121
122     return kalman;
123 }
124
125
126 CV_IMPL void
127 cvReleaseKalman( CvKalman** _kalman )
128 {
129     CvKalman *kalman;
130
131     CV_FUNCNAME( "cvReleaseKalman" );
132     __BEGIN__;
133     
134     if( !_kalman )
135         CV_ERROR( CV_StsNullPtr, "" );
136     
137     kalman = *_kalman;
138     
139     /* freeing the memory */
140     cvReleaseMat( &kalman->state_pre );
141     cvReleaseMat( &kalman->state_post );
142     cvReleaseMat( &kalman->transition_matrix );
143     cvReleaseMat( &kalman->control_matrix );
144     cvReleaseMat( &kalman->measurement_matrix );
145     cvReleaseMat( &kalman->process_noise_cov );
146     cvReleaseMat( &kalman->measurement_noise_cov );
147     cvReleaseMat( &kalman->error_cov_pre );
148     cvReleaseMat( &kalman->gain );
149     cvReleaseMat( &kalman->error_cov_post );
150     cvReleaseMat( &kalman->temp1 );
151     cvReleaseMat( &kalman->temp2 );
152     cvReleaseMat( &kalman->temp3 );
153     cvReleaseMat( &kalman->temp4 );
154     cvReleaseMat( &kalman->temp5 );
155
156     memset( kalman, 0, sizeof(*kalman));
157
158     /* deallocating the structure */
159     cvFree( _kalman );
160
161     __END__;
162 }
163
164
165 CV_IMPL const CvMat*
166 cvKalmanPredict( CvKalman* kalman, const CvMat* control )
167 {
168     CvMat* result = 0;
169     
170     CV_FUNCNAME( "cvKalmanPredict" );
171
172     __BEGIN__;
173     
174     if( !kalman )
175         CV_ERROR( CV_StsNullPtr, "" );
176
177     /* update the state */
178     /* x'(k) = A*x(k) */
179     CV_CALL( cvMatMulAdd( kalman->transition_matrix, kalman->state_post, 0, kalman->state_pre ));
180
181     if( control && kalman->CP > 0 )
182         /* x'(k) = x'(k) + B*u(k) */
183         CV_CALL( cvMatMulAdd( kalman->control_matrix, control, kalman->state_pre, kalman->state_pre ));
184     
185     /* update error covariance matrices */
186     /* temp1 = A*P(k) */
187     CV_CALL( cvMatMulAdd( kalman->transition_matrix, kalman->error_cov_post, 0, kalman->temp1 ));
188     
189     /* P'(k) = temp1*At + Q */
190     CV_CALL( cvGEMM( kalman->temp1, kalman->transition_matrix, 1, kalman->process_noise_cov, 1,
191                      kalman->error_cov_pre, CV_GEMM_B_T ));
192
193     result = kalman->state_pre;
194
195     __END__;
196
197     return result;
198 }
199
200
201 CV_IMPL const CvMat*
202 cvKalmanCorrect( CvKalman* kalman, const CvMat* measurement )
203 {
204     CvMat* result = 0;
205
206     CV_FUNCNAME( "cvKalmanCorrect" );
207
208     __BEGIN__;
209     
210     if( !kalman || !measurement )
211         CV_ERROR( CV_StsNullPtr, "" );
212
213     /* temp2 = H*P'(k) */
214     CV_CALL( cvMatMulAdd( kalman->measurement_matrix,
215                           kalman->error_cov_pre, 0, kalman->temp2 ));
216     /* temp3 = temp2*Ht + R */
217     CV_CALL( cvGEMM( kalman->temp2, kalman->measurement_matrix, 1,
218                      kalman->measurement_noise_cov, 1, kalman->temp3, CV_GEMM_B_T ));
219
220     /* temp4 = inv(temp3)*temp2 = Kt(k) */
221     CV_CALL( cvSolve( kalman->temp3, kalman->temp2, kalman->temp4, CV_SVD ));
222
223     /* K(k) */
224     CV_CALL( cvTranspose( kalman->temp4, kalman->gain ));
225     
226     /* temp5 = z(k) - H*x'(k) */
227     CV_CALL( cvGEMM( kalman->measurement_matrix, kalman->state_pre, -1, measurement, 1, kalman->temp5 ));
228
229     /* x(k) = x'(k) + K(k)*temp5 */
230     CV_CALL( cvMatMulAdd( kalman->gain, kalman->temp5, kalman->state_pre, kalman->state_post ));
231
232     /* P(k) = P'(k) - K(k)*temp2 */
233     CV_CALL( cvGEMM( kalman->gain, kalman->temp2, -1, kalman->error_cov_pre, 1,
234                      kalman->error_cov_post, 0 ));
235
236     result = kalman->state_post;
237
238     __END__;
239
240     return result;
241 }