opencv 视频处理(python)

视频处理

视频是由一系列图像构成的，这一系列图像被称为帧，帧是以固定的时间间隔从视频中获取的。

获取（播放）帧的速度称为帧速率，其单位通常使用“帧/秒”表示，代表在1秒内所出现的帧数，对应的英文是FPS（Frames Per Second）。

如果从视频中提取出独立的帧，就可以使用图像处理的方法对其进行处理，达到处理视频的目的。

OpenCV提供了cv2.VideoCapture类和cv2.VideoWriter类来支持各种类型的视频文件。

在不同的操作系统中，它们支持的文件类型可能有所不同，但是在各种操作系统中均支持AVI格式的视频文件。

VideoCapture类

cv2.VideoCapture类处理视频的方式非常简单、快捷，而且它既能处理视频文件又能处理摄像头信息。

类函数介绍

cv2.VideoCapture类的常用函数包括初始化、打开、帧捕获、释放、属性设置等

1. 初始化

   OpenCV为cv2.VideoCapture类提供了构造函数cv2.VideoCapture()，用于打开摄像头并完成摄像头的初始化工作。

   该函数的语法格式为：

   捕获对象=cv2.VideoCapture("摄像头ID号")
   

   • “摄像头ID号”就是摄像头的ID号码。需要注意的是，这个参数是摄像设备（摄像头）的ID编号，而不是文件名。其默认值为-1，表示随机选取一个摄像头；如果有多个摄像头，则用数字“0”表示第1个摄像头，用数字“1”表示第2个摄像头，以此类推。

     如果只有一个摄像头，既可以使用“0”，也可以使用“-1”作为摄像头ID号。

     在某些平台上，如果该参数值为“-1”, OpenCV会弹出一个窗口，让用户手动选择希望使用的摄像头。

   • “捕获对象”为返回值，是cv2.VideoCapture类的对象。

   要初始化当前的摄像头，可以使用语句：

   cap = cv2.VideoCapture(0)
   

   特别强调：视频处理完以后，要记得释放摄像头对象。

   该（构造）函数也能够用于初始化视频文件，初始化视频文件时，参数为文件名。

   此时函数的形式为：

   捕获对象=cv2.VideoCapture("文件名")
   

   例如，打开当前目录下文件名为“vtest.avi”的视频文件，可以使用语句：

   cap = cv2.VideoCapture('vtest.avi')
   

2. cv2.VideoCapture.open()函数和cv2.VideoCapture.isOpened()函数

   一般情况下，使用cv2.VideoCapture()函数即可完成摄像头的初始化。

   有时，为了防止初始化发生错误，可以使用函数cv2.VideoCapture.isOpened()来检查初始化是否成功。

   该函数的语法格式为：

   retval = cv2.VideoCapture.isOpened()
   

   该函数会判断当前的摄像头是否初始化成功

   • 如果成功，则返回值retval为True
   • 如果不成功，则返回值retval为False

   如果摄像头初始化失败，可以使用函数cv2.VideoCapture.open()打开摄像头。

   该函数的语法格式为：

   retval = cv2.VideoCapture.open( index )
   

   • index为摄像头ID号。
   • retval为返回值，当摄像头（或者视频文件）被成功打开时，返回值为True

   同样，函数cv2.VideoCapture.isOpened()和函数cv2.VideoCapture.open()也能用于处理视频文件。在处理视频文件时，函数cv2.VideoCapture.open()的参数为文件名, 其语法格式为:

   retval = cv2.VideoCapture.open( filename )
   

3. 捕获帧

   摄像头初始化成功后，就可以从摄像头中捕获帧信息了。

   捕获帧所使用的是函数cv2.VideoCapture.read()。该函数的语法是：

   retval, image=cv2.VideoCapture.read()
   

   • image是返回的捕获到的帧，如果没有帧被捕获，则该值为空。
   • retval表示捕获是否成功，如果成功则该值为True，不成功则为False

4. 释放

   在不需要摄像头时，要关闭摄像头。关闭摄像头使用的是函数cv2.VideoCapture.release()。

   该函数的语法是：

   None=cv2.VideoCapture.release()
   

   例如，当前有一个VideoCapture类的对象cap，要将其释放，可以使用语句：

   cap.release()
   

5. 属性设置

   需要获取cv2.VideoCapture类对象的属性，或是更改该类对象的属性。

   函数cv2.VideoCapture.get()用于获取cv2.VideoCapture类对象的属性，该函数的语法格式是：

   retval = cv2.VideoCapture.get( propId )
   

   式中，参数propId对应着cv2.VideoCapture类对象的属性

   例如，有一个cv2.VideoCapture类对象cvc，则：

   • 通过cvc.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH)，就能获取当前帧对象的宽度。
   • 通过cvc.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT)，就能获取当前帧对象的高度。

   函数cv2.VideoCapture.set()用来设置cv2.VideoCapture类对象的属性。

   该函数的语法是：

   retval = cv2.VideoCapture.set( propId, value )
   

   式中，propId对应cv2.VideoCapture类对象的属性，value对应属性propid的值。

   例如，有一个cv2.VideoCapture类对象cvc，则：

   • 语句ret=cvc.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 640)将当前帧对象的宽度设置为640像素。
   • 语句ret=cvc.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 480)将当前帧对象的高度设置为480像素。

   属性值及含义

   

   

6. cv2.VideoCapture.grab()函数和cv2.VideoCapture.retrieve()函数

   同步多个摄像头

   如果需要读取一个摄像头的视频数据，最简便的方法就是使用函数cv2.VideoCapture.read()。但是，如果需要同步一组或一个多头（multihead）摄像头（例如立体摄像头或Kinect）的视频数据时，该函数就无法胜任了。

   可以把函数cv2.VideoCapture.read()理解为是由函数cv2.VideoCapture.grab()和函数cv2.VideoCapture.retrieve()组成的。

   函数cv2.VideoCapture.grab()用来指向下一帧，函数cv2.VideoCapture.retrieve()用来解码并返回一帧。因此，可以使用函数cv2.VideoCapture.grab()和函数cv2.VideoCapture.retrieve()获取多个摄像头的数据。

   函数cv2.VideoCapture.grab()用来指向下一帧，其语法格式是：

   retval= cv2.VideoCapture.grab( )
   

   如果该函数成功指向下一帧，则返回值retval为True。

   函数cv2.VideoCapture.retrieve()用来解码，并返回函数v2.VideoCapture.grab()捕获的视频帧。

   该函数的语法格式为：

   retval, image = cv2.VideoCapture.retrieve( )
   

   • image为返回的视频帧，如果未成功，则返回一个空图像。
   • retval为布尔型值，若未成功，返回False；否则，返回True。

   对于一组摄像头，可以使用如下代码捕获不同摄像头的视频帧：

   success0 = cameraCapture0.grab() 
   success1 = cameraCapture1.grab() 
   if success0 and success1: 
   	frame0 = cameraCapture0.retrieve() 
   	frame1 = cameraCapture1.retrieve()
   

   与VideoCapture类内的其他函数一样，cv2.VideoCapture.grab()和cv2.VideoCapture.retrieve()也能用来读取视频文件。

捕获摄像头视频

使用cv2.VideoCapture类捕获摄像头视频。

根据题目要求，编写代码如下：

import numpy as np 
import cv2 
cap = cv2.VideoCapture(0) 
while(cap.isOpened()): 
	ret, frame = cap.read() 
	cv2.imshow('frame', frame) 
	c = cv2.waitKey(1) 
	if c==27:   #ESC键 
		break 
cap.release() 
cv2.destroyAllWindows() 

播放视频文件

播放视频文件时，需要将函数cv2.VideoCapture()的参数值设置为视频文件的名称。在播放视频时，可以通过设置函数cv2.waitKey()中的参数值，来设置播放视频时每一帧的持续（停留）时间。

如果函数cv2.waitKey()中的参数值：

• 较小，则说明每一帧停留的时间较短，视频播放速度会较快。
• 较大，则说明每一帧停留的时间较长，视频播放速度会较慢。

该参数的单位是ms，通常情况下，将这个参数的值设置为25即可。( 1000 / 25 = 40)

**例子：**使用cv2.VideoCapture类播放视频文件

import numpy as np 
import cv2 
cap = cv2.VideoCapture('viptrain.avi') 
while(cap.isOpened()): 
	ret, frame = cap.read() 
	cv2.imshow('frame', frame) 
	c = cv2.waitKey(25) 
	if c==27:   #ESC键 
		break 
cap.release() 
cv2.destroyAllWindows() 

VideoWriter类

OpenCV中的cv2.VideoWriter类可以将图片序列保存成视频文件，也可以修改视频的各种属性，还可以完成对视频类型的转换。

类函数介绍

cv2.VideoWriter类常用的成员函数包括：构造函数、write函数等。

1. 构造函数

   OpenCV为cv2.VideoWriter类提供了构造函数，用它来实现初始化工作。

   该函数的语法格式是：

   <VideoWriter object> = cv2.VideoWriter( filename, fourcc, fps, frameSize[,isColor] ) 
   

   • filename指定输出目标视频的存放路径和文件名。如果指定的文件名已经存在，则会覆盖这个文件。

   • fourcc表示视频编/解码类型（格式）。

     在OpenCV中用函数cv2.VideoWriter_fourcc()来指定视频编码格式。cv2.VideoWriter_fourcc()有4个字符参数。这4个字符参数构成了编/解码器的“4字标记”，每个编/解码器都有一个这样的标记。

     几个常用的标记:

     • cv2.VideoWriter_fourcc(‘I’, ‘4’, ‘2’, ‘0’)表示未压缩的YUV颜色编码格式，色度子采样为4:2:0。该编码格式具有较好的兼容性，但产生的文件较大，文件扩展名为．avi。
     • cv2.VideoWriter_fourcc(‘P’, ‘I’, ‘M’, ‘I’)表示MPEG-1编码类型，生成的文件的扩展名为．avi。
     • cv2.VideoWriter_fourcc(‘X’, ‘V’, ‘I’, ‘D’)表示MPEG-4编码类型。如果希望得到的视频大小为平均值，可以选用这个参数组合。该组合生成的文件的扩展名为．avi。
     • cv2.VideoWriter_fourcc(‘T’, ‘H’, ‘E’, ‘O’)表示Ogg Vorbis编码类型，文件的扩展名为．ogv。
     • cv2.VideoWriter_fourcc(‘F’, ‘L’, ‘V’, ‘I’)表示Flash视频，生成的文件的扩展名为．flv。

     更多的字符参数组合：http://www.fourcc.org

     若参数fourcc为“-1”，则程序运行时会弹出一个对话框, 在该对话框中，用户可以根据自己的需要选择合适的压缩程序和压缩质量。

   • fps为帧速率。

   • frameSize为每一帧的长和宽。

   • isColor表示是否为彩色图像。

   **例子： **下面的语句完成了cv2.VideoWriter类的初始化工作

   fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID')
   out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20, (1024,768))
   

   如果希望通过对话框设置编/解码格式，可以使用语句：

   fourcc = -1
   out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20, (1024,768))
   

2. write函数

   cv2.VideoWriter类中的函数cv2.VideoWriter.write()用于写入下一帧视频。

   该函数的语法格式为：

   None=cv2.VideoWriter.write(image)
   

   • image是要写入的视频帧。

   通常情况下，要求彩色图像的格式为BGR模式。

   在调用该函数时，直接将要写入的视频帧传入该函数即可。

   例如，有一个视频帧为frame，要将其写入上面的示例中名为out的cv2.VideoWriter类对象内，则使用语句：

   out.write(frame)
   

   上述语句会把frame传入名为output.avi的out对象内。

3. 释放

   在不需要cv2.VideoWriter类对象时，需要将其释放。

   释放该类对象时所使用的是函数cv2.VideoWriter.release()。

   该函数的语法格式是：

   None = cv2.VideoWriter.release( )
   

   当前有一个cv2.VideoWriter类的对象out，可以用以下语句将其释放：

   out.release()
   

保存视频

保存视频包括创建对象、写入视频、释放对象等多个步骤

1. 创建对象

   在创建对象前，首先需要设置好参数。

   • 设置好要保存的具体文件名，例如：filename=‘‘out.avi’’。
   • 使用cv2.VideoWriter_fourcc()确定编/解码的类型，例如：fourcc =cv2.VideoWriter_fourcc(*‘XVID’)。
   • 确定视频的帧速率，例如：fps=20。
   • 确定视频的长度和宽度，例如：size=(640,480)。

   然后利用上述参数，创建对象。例如：

   out = cv2.VideoWriter( filename , fourcc , fps , size )
   

   当然，也可以直接在构造函数内用需要的参数值创建对象。例如：

   out = cv2.VideoWriter('out.avi', fourcc, 20, (640,480))
   

2. 写入视频

   用函数cv2.VideoWriter.write()在创建的对象out内写入读取到的视频帧frame。使用的代码为：

   out.write(frame) 
   

3. 释放对象

   在完成写入后，释放对象out。代码为：

   out.release()
   

   **例子：**使用cv2.VideoWriter类保存摄像头视频文件。

   import numpy as np 
   import cv2 
   cap = cv2.VideoCapture(0) 
   fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc('I', '4', '2', '0') 
   out = cv2.VideoWriter('output.avi', fourcc, 20, (640,480)) 
   while(cap.isOpened()): 
   	ret, frame = cap.read() 
   	if ret==True: 
   		out.write(frame) 
   		cv2.imshow('frame', frame) 
   		if cv2.waitKey(1) == 27: 
   			break 
   	else: 
   		break 
   cap.release() 
   out.release() 
   cv2.destroyAllWindows() 
   

   运行上述程序，就会捕获当前摄像头的视频内容，并将其保存在当前目录下名为“output.avi”的视频文件中。

视频操作基础

视频是由视频帧构成的，将视频帧从视频中提取出，对其使用图像处理的方法进行处理，就可以达到处理视频的目的。

例子：提取视频的Canny边缘检测结果。

import numpy as np 
import cv2 
cap = cv2.VideoCapture('viptrain.avi') 
while(cap.isOpened()): 
	ret, frame = cap.read() 
	frame=cv2.Canny(frame,100,200) 
	cv2.imshow('frame', frame) 
	c = cv2.waitKey(1)   # 0 是一直等待
	if c==27:   #ESC键 
		break 
cap.release() 
cv2.destroyAllWindows() 

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