使用 OpenCV 的光流 - 水平和垂直组件

Question

我有以下代码可以找到 2 张图像（或视频的 2 帧）的光流，并用颜色编码。 我想要的是光流的水平和垂直分量分别（如在单独的图像中）

这是我到目前为止的代码：

import cv2
import numpy as np
frame1 = cv2.imread('my1.bmp')
frame2 = cv2.imread('my2.bmp')
prvs = cv2.cvtColor(frame1,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
next = cv2.cvtColor(frame2,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
hsv = np.zeros_like(frame1)
hsv[...,1] = 255

while(1):
    next = cv2.cvtColor(frame2,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    flow = cv2.calcOpticalFlowFarneback(prvs, next, 0.5, 3, 15, 3, 5, 1.2, 0)
    mag, ang = cv2.cartToPolar(flow[...,0], flow[...,1])
    hsv[...,0] = ang*180/np.pi/2
    hsv[...,2] = cv2.normalize(mag,None,0,255,cv2.NORM_MINMAX)
    rgb = cv2.cvtColor(hsv,cv2.COLOR_HSV2BGR)

    cv2.imshow('frame2',rgb)
    k = cv2.waitKey(30) & 0xff
    if k == 27:
        break
    elif k == ord('s'):
        cv2.imwrite('opticalmyhsv.pgm',rgb)

cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

鉴于我的两个图像，这就是光流的样子：

Answer 1

如果要分别可视化水平和垂直分量，可以将两者分别可视化为灰度图像。 我会用灰色表示没有运动，黑色表示向左（负）的帧中的最大运动量，而白色表示向右（正）的帧中的最大运动量.

calcOpticalFlowFarneback的输出是一个 3D numpy数组，其中第一个切片表示水平 ( x ) 位移量，而第二个切片表示垂直 ( y ) 位移量。

因此，您需要做的就是定义两个单独的 2D numpy数组来存储这些值，以便我们可以将它们显示给用户。 但是，您需要对显示流进行标准化，以便没有运动是粗糙的灰色，最左边的运动是黑色，或强度为 0，而最右边的运动是白色，或强度为 255。

因此，您需要做的就是修改代码以显示两个用于水平和垂直运动的 OpenCV 窗口，如下所示：

import cv2
import numpy as np
frame1 = cv2.imread('my1.bmp')
frame2 = cv2.imread('my2.bmp')
prvs = cv2.cvtColor(frame1,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
next = cv2.cvtColor(frame2,cv2.COLOR_BGR2GRAY)

flow = cv2.calcOpticalFlowFarneback(prvs, next, 0.5, 3, 15, 3, 5, 1.2, 0)

# Change here
horz = cv2.normalize(flow[...,0], None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)     
vert = cv2.normalize(flow[...,1], None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)
horz = horz.astype('uint8')
vert = vert.astype('uint8')

# Change here too
cv2.imshow('Horizontal Component', horz)
cv2.imshow('Vertical Component', vert)

k = cv2.waitKey(0) & 0xff
if k == ord('s'): # Change here
    cv2.imwrite('opticalflow_horz.pgm', horz)
    cv2.imwrite('opticalflow_vert.pgm', vert)

cv2.destroyAllWindows()

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我已经修改了代码，以便没有while循环，因为您只找到两个预定帧之间的光流。 您不会从实时源（例如相机）中抓取帧，因此我们可以只显示两个图像， while不是在while循环中显示。 我已经将waitKey的等待时间设置为 0，这样您就可以无限期地等待，直到您按下某个键。 这几乎模拟了您之前的while循环行为，但它不会因浪费的周期而不必要地给您的 CPU 带来负担。 我还删除了一些不必要的变量，比如hsv变量，因为我们没有显示颜色编码的水平和垂直分量。 我们也只计算一次光流。

无论如何，通过上面的代码，我们计算光流，分别提取水平和垂直分量，将[0,255]范围内的分量归一化，转换为uint8以便我们可以显示结果，然后显示结果。 我还修改了您的代码，以便如果您想保存组件，它将水平和垂直组件保存为两个单独的图像。

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编辑

在您的评论中，您希望使用我们在上面创建的相同逻辑来显示一系列图像。 您有一个要循环浏览的文件名列表。 这不是很难做到。 只需将您的字符串放入一个列表中，然后使用存储在此列表中的文件名来计算图像对之间的光流。 我将修改代码，以便当我们到达列表的最后一个元素时，我们将等待用户推送某些内容。 在此之前，我们将循环遍历每对图像直到结束。 换句话说：

import cv2
import numpy as np

# Create list of names here from my1.bmp up to my20.bmp
list_names = ['my' + str(i+1) + '.bmp' for i in range(20)]

# Read in the first frame
frame1 = cv2.imread(list_names[0])
prvs = cv2.cvtColor(frame1,cv2.COLOR_BGR2GRAY)

# Set counter to read the second frame at the start
counter = 1

# Until we reach the end of the list...
while counter < len(list_names):
    # Read the next frame in
    frame2 = cv2.imread(list_names[counter])
    next = cv2.cvtColor(frame2,cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # Calculate optical flow between the two frames
    flow = cv2.calcOpticalFlowFarneback(prvs, next, 0.5, 3, 15, 3, 5, 1.2, 0)

    # Normalize horizontal and vertical components
    horz = cv2.normalize(flow[...,0], None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)     
    vert = cv2.normalize(flow[...,1], None, 0, 255, cv2.NORM_MINMAX)
    horz = horz.astype('uint8')
    vert = vert.astype('uint8')

    # Show the components as images
    cv2.imshow('Horizontal Component', horz)
    cv2.imshow('Vertical Component', vert)

    # Change - Make next frame previous frame
    prvs = next.copy()

    # If we get to the end of the list, simply wait indefinitely
    # for the user to push something
    if counter == len(list_names)-1
        k = cv2.waitKey(0) & 0xff
    else: # Else, wait for 1 second for a key
        k = cv2.waitKey(1000) & 0xff

    if k == 27:
        break
    elif k == ord('s'): # Change
        cv2.imwrite('opticalflow_horz' + str(counter) + '-' + str(counter+1) + '.pgm', horz)
        cv2.imwrite('opticalflow_vert' + str(counter) + '-' + str(counter+1) + '.pgm', vert)

    # Increment counter to go to next frame
    counter += 1

cv2.destroyAllWindows()

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上面的代码将循环显示成对的帧，并在每对帧之间等待 1 秒，让您有机会退出显示，或将水平和垂直分量保存到文件中。 请记住，我已经做到了，无论您保存什么帧，它们都会用两个数字进行索引，告诉您它们显示的是哪对帧。 在下一次迭代发生之前，下一帧将是前一帧，因此next被prvs的副本prvs 。 在循环开始时，下一帧被适当地读入。

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希望这可以帮助。 祝你好运！