OpenCV 光流
本教程将讨论在 OpenCV 中使用光流检测视频中的移动对象。
在 OpenCV 中使用光流检测视频中的运动物体
光流可以检测 OpenCV 中视频中存在的运动物体。我们还可以使用光流检测物体的运动路径。
在光流中，物体的位置在两帧之间进行比较，如果物体的位置在帧之间发生变化，我们可以将其标记为移动物体，并使用 OpenCV 将其突出显示。例如，我们有一个视频，我们想要突出显示一个移动的对象。
首先，我们需要从视频中获取两帧，前一帧，下一帧。我们将使用 OpenCV 的 calcOpticalFlowFarneback() 函数来查找视频中移动的对象。
calcOpticalFlowFarneback() 函数使用两个帧并比较这些帧中对象的位置，如果对象的位置发生变化，该函数将该对象保存在二维数组中。
我们可以使用 cartToPolar() 和 calcOpticalFlowFarneback() 返回的 2D 数组来查找给定视频中存在的对象的大小和角度。
之后，我们可以根据图形上移动物体的大小和角度绘制不同的颜色，以可视化物体。例如，让我们使用一条狗的视频并突出显示它的动作。
请参阅下面的代码。
import numpy as np
import cv2
cap_video = cv2.VideoCapture("bon_fire_dog_2.mp4")
ret, frame1 = cap_video.read()
prvs_frame = cv2.cvtColor(frame1, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
hsv_drawing = np.zeros_like(frame1)
hsv_drawing[..., 1] = 255
while 1:
ret, frame2 = cap_video.read()
if not ret:
print("No frames available!")
break
next_frame = cv2.cvtColor(frame2, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
flow_object = cv2.calcOpticalFlowFarneback(
prvs_frame, next_frame, None, 0.5, 3, 15, 3, 5, 1.2, 0
)
magnitude, angle = cv2.cartToPolar(flow_object[..., 0], flow_object[..., 1])
hsv_drawing[..., 0] = angle * 180 / np.pi / 2
hsv_drawing[..., 2] = cv2.normalize(magnitude, None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)
bgr_drawing = cv2.cvtColor(hsv_drawing, cv2.COLOR_HSV2BGR)
cv2.imshow("frame2", bgr_drawing)
cv2.waitKey(10)
prvs_frame = next_frame
cv2.destroyAllWindows()
输出：
正如你在上面的输出中看到的那样，狗被标记为不同的颜色，因为狗是视频中唯一移动的对象。在上面的代码中，OpenCV 的 cvtColor() 函数用于将视频的彩色帧转换为灰度。
zeros_like() 函数创建一个黑色绘图以显示移动对象。calcOpticalFlowFarneback() 函数查找移动对象。
calcOpticalFlowFarneback() 函数的第一个参数是第一个 8 位单通道图像或前一帧。第二个参数是第二个图像或下一帧。
第三个参数是将保存流对象的输出数组。第四个参数是用于为图像构建金字塔的图像比例。
第五个参数定义了金字塔的层数，如果我们不想使用额外的层，我们可以将其值设置为 1。第六个参数是平均窗口大小，它的值定义了算法的速度。
较小的窗口大小意味着速度会很慢，但输出会很锐利。第七个参数定义了算法在每一层的迭代次数。
第八个参数用于设置像素邻域的大小，用于查找每个像素的多项式。第 9 个参数用于设置多项式的标准差，第 10 个参数用于设置标志。
normalize() 函数用于使用 MINMAX 归一化来归一化移动对象的大小。
在 OpenCV 中跟踪视频中对象的运动
我们还可以跟踪视频中正在移动的特征点。
例如，要跟踪狗的移动位置，我们需要获取一些特征点，然后进行跟踪。我们可以使用 OpenCV 的 goodFeaturesToTrack() 函数来获取特征点。
之后，我们需要在 calcOpticalFlowPyrLK() 函数中将这些特征点与前一帧和下一帧一起传递，以跟踪给定点以及视频帧。该函数将返回下一个点、状态和错误。
我们可以使用 OpenCV 的 line() 和 circle() 函数使用输出来绘制直线和圆。之后，我们可以使用 OpenCV 的 add() 函数将绘图添加到原始视频中。
请参阅下面的代码。
import numpy as np
import cv2
cap_video = cv2.VideoCapture("bon_fire_dog_2.mp4")
feature_parameters = dict(maxCorners=100, qualityLevel=0.3, minDistance=7, blockSize=7)
lk_parameters = dict(
winSize=(15, 15),
maxLevel=2,
criteria=(cv2.TERM_CRITERIA_EPS | cv2.TERM_CRITERIA_COUNT, 10, 0.03),
)
random_color = np.random.randint(0, 255, (100, 3))
ret, previous_frame = cap_video.read()
previous_gray = cv2.cvtColor(previous_frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
p0_point = cv2.goodFeaturesToTrack(previous_gray, mask=None, **feature_parameters)
mask_drawing = np.zeros_like(previous_frame)
while 1:
ret, frame = cap_video.read()
if not ret:
print("No frames available!")
break
frame_gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
p1, st_d, error = cv2.calcOpticalFlowPyrLK(
previous_gray, frame_gray, p0_point, None, **lk_parameters
)
if p1 is not None:
good_new_point = p1[st_d == 1]
good_old_point = p0_point[st_d == 1]
for i, (new_point, old_point) in enumerate(zip(good_new_point, good_old_point)):
a, b = new_point.ravel()
c, d = old_point.ravel()
mask_drawing = cv2.line(
mask_drawing,
(int(a), int(b)),
(int(c), int(d)),
random_color[i].tolist(),
2,
)
frame = cv2.circle(frame, (int(a), int(b)), 5, random_color[i].tolist(), -1)
img = cv2.add(frame, mask_drawing)
cv2.imshow("frame", img)
cv2.waitKey(30)
previous_gray = frame_gray.copy()
p0_point = good_new_point.reshape(-1, 1, 2)
cv2.destroyAllWindows()
输出：
如你所见，视频中正在跟踪特征点。当我们想要跟踪视频中对象的运动时，此算法很有用。
在上面的代码中，goodFeaturesToTrack() 函数的第一个参数是我们想要跟踪特征点的帧。第二个参数是包含角点的输出。
第三个参数 maxCorners 设置最大角。第四个参数 minDistance 用于设置质量等级，第五个参数用于设置点之间的最小距离。
第六个参数 mask 用于设置使用蒙版从中提取点的帧部分，如果我们想从整个图像中提取点，我们可以将蒙版设置为 none .
第七个参数 blockSize 用于设置块大小，第八个参数用于设置梯度大小。
在上面的代码中，我们使用 dict() 函数定义了一些属性，然后在代码中传递它们，但我们也可以在函数内部定义属性。
calcOpticalFlowPyrLK() 函数的第一个参数是第一个输入图像或前一帧，第二个参数是第二个图像（或下一帧）。
第三个参数是上一个输入点，第四个是下一个输出点。第五个参数 status 是状态，如果找到该点的流并且它是输出参数，则该点的状态将为 1。
第六个参数 err 是错误向量和输出参数。第七个参数 winSize 用于设置每个金字塔的窗口大小，第八个参数 maxLevel 用于设置金字塔的数量。
最后一个参数 criteria 用于设置算法的标准。
