基于OpenCV实现实时监控并通过运动检测记录视频

注：以下所有内容，截选自实验楼项目教程【基于OpenCV实现实时监控并通过运动检测记录视频】

内容简介

• 实验使用PC机自带的摄像头作为监视器进行实时监控。
• 对原始图像做一定处理，使监控人员或监控软件更易发现监控中存在的问题。
• 当摄像头捕捉到运动产生时自动记录视频。

涉及知识点

本项目完成过程中将学习：

• 对摄像头数据的捕获
• 对捕获到的监控帧作背景处理
• 对监控视频做运动检测并记录视频

效果图

以下几张分别是程序在不同显示模式下的显示情况，你可以通过切换-mog1，-mog2和-src来自己观察对应的效果。

image.png

运行截图

运行截图

运行截图

运行截图

实验环境

本实验需要先在实验平台安装 OpenCV ，需下载依赖的库、源代码并编译安装。安装过程建议按照教程给出的步骤，或者你可以参考官方文档中 Linux 环境下的安装步骤，但 有些选项需要变更。安装过程所需时间会比较长，这期间你可以先阅读接下来的教程，在大致了解代码原理后再亲自编写尝试。

我提供了一个编译好的2.4.13-binary.tar.gz包，你可以通过下面的命令下载并安装，节省了编译的时间，通过这个包安装大概需要20～30分钟，视实验楼当前环境运转速度而定。

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install build-essential libgtk2.0-dev libjpeg-dev libtiff5-dev libjasper-dev libopenexr-dev cmake python-dev python-numpy python-tk libtbb-dev libeigen2-dev yasm libfaac-dev libopencore-amrnb-dev libopencore-amrwb-dev libtheora-dev libvorbis-dev libxvidcore-dev libx264-dev libqt4-dev libqt4-opengl-dev sphinx-common texlive-latex-extra libv4l-dev libdc1394-22-dev libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev
$ cd ~
$ mkdir OpenCV && cd OpenCV
$ wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/671/2.4.13-binary.tar.gz
$ tar -zxvf 2.4.13-binary.tar.gz
$ cd opencv-2.4.13
$ cd build
$ sudo make install

如果你想体验编译的整个过程，我也提供了一个一键安装的脚本文件，你可以通过下面的命令尝试。这个过程会非常漫长，约2小时，期间可能还需要你做一定的交互确认工作。

$ cd ~
$ sudo apt-get update
$ wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/671/opencv.sh
$ sudo chmod 777 opencv.sh
$ ./opencv.sh

如果你觉得有必要亲自尝试一下安装的每一步，可以按照下面的命令逐条输入执行，在实验楼的环境中大概需要两个小时。

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install build-essential libgtk2.0-dev libjpeg-dev libtiff5-dev libjasper-dev libopenexr-dev cmake python-dev python-numpy python-tk libtbb-dev libeigen2-dev yasm libfaac-dev libopencore-amrnb-dev libopencore-amrwb-dev libtheora-dev libvorbis-dev libxvidcore-dev libx264-dev libqt4-dev libqt4-opengl-dev sphinx-common texlive-latex-extra libv4l-dev libdc1394-22-dev libavcodec-dev libavformat-dev libswscale-dev
$ wget https://github.com/Itseez/opencv/archive/2.4.13.zip
$ unzip 2.4.13.zip
$ cd 2.4.13
$ mkdir release && cd release
$ cmake -D WITH_TBB=ON -D BUILD_NEW_PYTHON_SUPPORT=ON -D WITH_V4L=ON -D INSTALL_C_EXAMPLES=ON -D INSTALL_PYTHON_EXAMPLES=ON -D BUILD_EXAMPLES=ON -D WITH_QT=ON -D WITH_GTK=ON -D WITH_OPENGL=ON ..
$ sudo make
$ sudo make install
$ sudo gedit /etc/ld.so.conf.d/opencv.conf   
$ 输入 /usr/local/lib，按 Ctrl + X 退出，退出时询问是否保存，按 Y 确认。
$ sudo ldconfig -v
$ sudo gedit /etc/bash.bashrc
$ 在文件末尾加入
$ PKG_CONFIG_PATH=$PKG_CONFIG_PATH:/usr/local/lib/pkgconfig
export PKG_CONFIG_PATH
按 Ctrl + X 退出，按 Y 确认保存。

检验配置是否成功。将 OpenCV 自带的例子（在目录PATH_TO_OPENCV/samples/C
下）运行检测。如果成功，将显示 lena 的脸部照片，同时圈出其面部。

$ cd samples/C
$ ./build_all.sh
$ ./facedetect --cascade="/usr/local/share/OpenCV/haarcascades/haarcascade_frontalface_alt.xml" --scale=1.5 lena.jpg

实验原理

实验通过 OpenCV 提供的 API 完成大部分任务，首先捕获摄像头数据，之后对捕获到的每一帧作背景减除处理，得出易于识别的图像，最后利用直方图做实时图像和背景图像的对比，实现运动检测并写入视频文件。

实验步骤

通过以下命令可下载项目源码，作为参照对比完成下面详细步骤的学习。

wget http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/671/monitor-recorder.zip
unzip monitor-recorder.zip

1.定义头文件

工程文件由一个头文件 monitor.hpp 和一个入口文件 main.cpp 构成。首先在头文件中定义将使用的库和相关变量。

代码中使用到的 OpenCV 头文件和 C++ 头文件在头文件 monitor.hpp 中声明如下，其中 unistd.h 包含了 Linux 下的 sleep 函数，参数为睡眠的秒数。

#ifndef __MONITOR_H_
#define __MONITOR_H_

//opencv
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
//C++
#include 
#include 
#include 
#include 
#include  
#include 

using namespace cv;
using namespace std;

// ...

#endif __MONITOR_H_

2.设计 processCamera 函数

processCamera 负责完成主要功能，包括监控数据的获取和处理。首先要了解 OpenCV 中提供的几个 API。

• CvCapture* cvCaptureFromCAM(int device): 此函数捕获指定设备的数据并返回一个 cvCapture 类型指针，捕获失败时返回 NULL。
• cvCreateFileCapture(char * filepath): 从本地视频读入。
• CvVideoWriter * cvCreateVideoWriter(char * filepath, , fps, size, is_color): 新建一个视频写入对象，返回其指针，filepath指定写入视频的路径，fps指定写入视频的帧速，size指定写入视频的像素大小，is_color仅在windows下有效，指定写入是否为彩色。
• double cvGetCaptureProperty(CvCapture* capture, int property_id): 获取一个视频流的某个特性，property_id指定要获取的特性名称。
• IplImage* cvQueryFrame(CvCapture* capture): 从视频流获取帧。
• void cvCvtColor(const CvArr* src, CvArr* dst, int code): 按code指定的模式将src指向的帧转换后写入dst指向的地址。
• void calcHist(const Mat* images, int nimages, const int* channels, InputArray mask, SparseMat& hist, int dims, const int* histSize, const float** ranges, bool uniform, bool accumulate): 为image指向的帧计算直方图，保存在 hist 中。
• void normalize(const SparseMat& src, SparseMat& dst, double alpha, int normType): 按指定模式将src正常化并写入dst中。
• double compareHist(const SparseMat& H1, const SparseMat& H2, int method):按method指定的方式比较两个直方图的相似程度。
• int cvWriteFrame(CvVideoWriter* writer, const IplImage* image): 向视频写入流写入一帧。成功返回 1，否则返回 0。

了解这些API的基本功能后，梳理程序执行的步骤：

• 程序开始执行，启动摄像头并获得数据流
• 进入循环：
  • 捕获一帧
  • 是否为第一帧？是则记录该帧作为监控区域的背景
  • 将该帧做适当的变换，输出到监视器中
  • 分析该帧和背景帧的相似程度
  • 相似程度是否低于阈值且当前没有在记录视频？低于阈值开始记录。
  • 相似程度是否低于阈值且当前已经开始记录视频？低于阈值继续记录，否则停止记录。
• 循环中程序的停止，通过接受外部中断相应。

上面介绍了实验原理以及环境配置等，关于具体怎样开发，主要在下面几点内容：

3.代码实现 processCamera

4.定义外部或全局变量

5.编写 main.cpp

6.编译运行

由于篇幅有限，所以剩下的开发详细步骤和代码，点击【基于OpenCV实现实时监控并通过运动检测记录视频】即可查看了~