使用OpenCV实现视频背景减除与目标检测

摘要

背景减除是计算机视觉中一种常用的技术，用于从视频流中分离前景对象。本文将介绍如何利用OpenCV库实现视频背景减除，并进一步通过形态学操作和轮廓检测来识别视频中的运动物体。通过一个具体的代码示例，我们将逐步演示整个流程。

1. 引言

背景减除是一种基于像素级别的方法，用于区分视频中的静态背景和动态前景。在监控、人机交互等领域有着广泛的应用。OpenCV 提供了强大的工具来支持这一过程，包括混合高斯模型（MOG2）背景减除器、形态学操作等。

2. 环境准备

在开始之前，请确保已经安装了 OpenCV 库。如果没有安装，可以通过以下命令安装：

pip install opencv-python
pip install opencv-contrib-python

3. 代码实现

3.1 导入必要的库

import cv2

3.2 读取视频文件

cap = cv2.VideoCapture(r'picture_video\test.avi')

3.3 创建卷积核

kernel = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_CROSS, (3, 3))

3.4 创建混合高斯模型背景减除器

fgbg = cv2.createBackgroundSubtractorMOG2()

3.5 处理视频流

while True:
    ret, frame = cap.read()  # 读取视频帧
    if not ret:
        break

    cv2.imshow('frame', frame)

    fgmask = fgbg.apply(frame)  # 背景减除
    cv2.imshow('fgmask', fgmask)

    fgmask_new = cv2.morphologyEx(fgmask, cv2.MORPH_OPEN, kernel)  # 形态学开运算
    cv2.imshow('fgmask1', fgmask_new)

    # 寻找视频中的轮廓
    contours, _ = cv2.findContours(fgmask_new, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
    for c in contours:
        perimeter = cv2.arcLength(c, True)  # 计算轮廓周长
        if perimeter > 188:
            x, y, w, h = cv2.boundingRect(c)  # 获取轮廓的边界框
            cv2.rectangle(frame, (x, y), (x + w, y + h), (0, 255, 0), 2)  # 在原帧上绘制矩形框

    cv2.imshow('fgmask_new_rect', frame)

    k = cv2.waitKey(60)
    if k == 27:  # 按ESC键退出
        break

cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

4. 代码解析

读取视频文件：使用 cv2.VideoCapture 读取视频文件。
创建卷积核：使用 cv2.getStructuringElement 创建一个十字形的卷积核，用于后续的形态学操作。
创建混合高斯模型背景减除器：使用 cv2.createBackgroundSubtractorMOG2 创建一个混合高斯模型背景减除器。
处理视频流：
- 读取每一帧视频。
- 应用背景减除器，生成前景掩码。
- 对前景掩码进行形态学开运算，去除噪声。
- 使用 cv2.findContours 查找轮廓。
- 计算每个轮廓的周长，筛选出较大的轮廓。
- 在原帧上绘制矩形框，标记出运动物体。
- 显示处理结果，按ESC键退出。

5. 结果展示

通过上述步骤，我们可以成功地从视频中分离出前景物体，并在视频中绘制出运动物体的边界框。最终的处理结果如下所示：

6. 总结

本文详细介绍了如何使用 OpenCV 实现视频背景减除与目标检测，包括读取视频文件、创建卷积核、背景减除、形态学操作、轮廓检测等关键步骤。通过一个实际的代码示例，展示了如何从视频中分离出前景物体并进行标记。希望本文能为读者在计算机视觉领域的学习和研究提供帮助。