详解OpenCV中的Lucas Kanade稀疏光流单应追踪器

1. 效果图
2. 源码
参考

这篇博客将详细介绍OpenCV中的Lucas Kanade稀疏光流单应追踪器。

光流是由物体或相机的运动引起的图像物体在连续两帧之间的明显运动的模式。
Lucas Kanade是一个算法，用于稀疏光流的追踪；

1. 效果图

单应追踪器效果图如下：

选中随机特征点为红色，判断帧之间是否存在关联关系，存在则绘制轨迹线。每帧均可选择新的随机点作为特征点；

2. 源码

# Lucas Kanade稀疏光流单应追踪器demo
# 使用GoodFeatures用于跟踪初始化特征点和回溯帧之间的匹配验证。
# 查找引用视图和当前视图之间的单应性。
# Lucas-Kanade sparse optical flow demo. Uses goodFeaturesToTrack
# for track initialization and back-tracking for match verification
# between frames. Finds homography between reference and current views.
#
# Usage
# python lk_homography.py images/slow_traffic_small.mp4
# 按 ESC 退出
# 空格开始追踪
# 按 r 随机切换from __future__ import print_functionimport cv2# 在目标图像dst的target位置开始绘制文本s
import imutilsdef draw_str(dst, target, s):x, y = targetcv2.putText(dst, s, (x + 1, y + 1), cv2.FONT_HERSHEY_PLAIN, 1.0, (0, 0, 0), thickness=2, lineType=cv2.LINE_AA)cv2.putText(dst, s, (x, y), cv2.FONT_HERSHEY_PLAIN, 1.0, (255, 255, 255), lineType=cv2.LINE_AA)lk_params = dict(winSize=(19, 19),maxLevel=2,criteria=(cv2.TERM_CRITERIA_EPS | cv2.TERM_CRITERIA_COUNT, 10, 0.03))feature_params = dict(maxCorners=1000,qualityLevel=0.01,minDistance=8,blockSize=19)def checkedTrace(img0, img1, p0, back_threshold=1.0):p1, _st, _err = cv2.calcOpticalFlowPyrLK(img0, img1, p0, None, **lk_params)p0r, _st, _err = cv2.calcOpticalFlowPyrLK(img1, img0, p1, None, **lk_params)d = abs(p0 - p0r).reshape(-1, 2).max(-1)status = d < back_thresholdreturn p1, statusgreen = (0, 255, 0)
red = (0, 0, 255)class App:def __init__(self, video_src):self.cam = self.cam = cv2.VideoCapture(video_src)self.p0 = Noneself.use_ransac = Truedef run(self):num = 0while True:_ret, frame = self.cam.read()if not _ret:break# 转换灰度图frame_gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)# 复制帧vis = frame.copy()if self.p0 is not None:p2, trace_status = checkedTrace(self.gray1, frame_gray, self.p1)self.p1 = p2[trace_status].copy()self.p0 = self.p0[trace_status].copy()self.gray1 = frame_grayif len(self.p0) < 4:self.p0 = Nonecontinue# findHomography(srcPoints, dstPoints[, method[, ransacReprojThreshold[, mask[, maxIters[, confidence]]]]]) -> retval, mask# 查找两个平面之间的透视变换# - p0: 原始平面中点的坐标，CV_32FC2或点向量# - p1: 目标平面中点的坐标，CV_32FC2或点向量# - method: 用于计算单应矩阵的方法。可以采用以下方法：# 0: 使用所有点的常规方法，即最小二乘法# RANSAC: 基于RANSAC的鲁棒方法# LMEDS: 最小中值稳健法# 基于RHO**-PROSAC的鲁棒方法# - ransAcreProjectThreshold: 将点对视为内部对象时允许的最大重投影错误H, status = cv2.findHomography(self.p0, self.p1, (0, cv2.RANSAC)[self.use_ransac], 10.0)h, w = frame.shape[:2]overlay = cv2.warpPerspective(self.frame0, H, (w, h))vis = cv2.addWeighted(vis, 0.5, overlay, 0.5, 0.0)for (x0, y0), (x1, y1), good in zip(self.p0[:, 0], self.p1[:, 0], status[:, 0]):# 如果俩帧中间可回溯，有关联，绘制光流线if good:cv2.line(vis, (x0, y0), (x1, y1), (0, 128, 0))# 可回溯，绘制绿色点，不可回溯绘制随机红色特征点cv2.circle(vis, (x1, y1), 2, (red, green)[good], -1)draw_str(vis, (20, 20), 'track count: %d' % len(self.p1))if self.use_ransac:draw_str(vis, (20, 40), 'RANSAC')else:# 初始化特征点（并绘制为绿色的点）p = cv2.goodFeaturesToTrack(frame_gray, **feature_params)if p is not None:for x, y in p[:, 0]:cv2.circle(vis, (x, y), 2, green, -1)draw_str(vis, (20, 20), 'feature count: %d' % len(p))cv2.imshow('lk_homography', vis)if (num == 0):cv2.waitKey(0)if (num % 5 == 0):cv2.imwrite('lk_himgs/' + str(num) + ".jpg", imutils.resize(vis, width=500))num = num + 1ch = cv2.waitKey(1)if ch == 27:breakif ch == ord(' '):self.frame0 = frame.copy()# 初始化特征点self.p0 = cv2.goodFeaturesToTrack(frame_gray, **feature_params)if self.p0 is not None:self.p1 = self.p0self.gray0 = frame_grayself.gray1 = frame_grayif ch == ord('r'):self.use_ransac = not self.use_ransacdef main():import systry:video_src = sys.argv[1]except:video_src = 0App(video_src).run()print('Done')if __name__ == '__main__':print(__doc__)main()cv2.destroyAllWindows()

参考

https://github.com/opencv/opencv/blob/master/samples/python/lk_homography.py
https://docs.opencv.org/3.0-beta/doc/py_tutorials/py_video/py_lucas_kanade/py_lucas_kanade.html#lucas-kanade

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1. 效果图

2. 源码

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