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【OpenCV】帧差法、级联分类器、透视变换

news 来源：原创 2025/6/12 21:02:37

一、帧差法（移动目标识别）：

好处：开销小，不怎么消耗CPU的算力，对硬件要求不高，但只适合固定摄像头

1、优点

计算效率高，硬件要求
响应速度快，实时性强
直接利用连续帧的像素差异检测运动，延迟极低，可实时捕捉动态目标的运动轨迹。
无需背景建模，适应动态变化
不依赖静态背景模型（如高斯混合模型 GMM），因此对光照突变、背景微小变化（如树叶晃动）不敏感，鲁棒性优于部分背景差分法。
内存占用少
仅需存储前一帧或前几帧图像，内存开销小，适合资源受限的系统。

2、缺点

仅适用于固定摄像头场景
无法检测静止目标
若目标在相邻帧间无位移（如短暂静止的行人），差分结果中目标区域像素差异为零，会被误认为背景，导致漏检。
对噪声敏感，检测精度低
微小噪声（如传感器噪声、光线波动）会导致差分图像出现大量 “伪运动区域”，需依赖形态学操作（如腐蚀、膨胀）降噪，但可能模糊目标边界或丢失细节。
目标 “空洞化” 与 “断裂” 问题
当目标内部像素变化较小时（如纯色物体），差分后可能出现 “空洞”；若目标运动速度快，相邻帧重叠区域少，可能导致检测结果不连续（如车辆被分割为多个碎片）。
无法提供目标完整信息
仅能检测运动区域的位置和轮廓，无法获取目标类别（如人、车）、尺寸、历史轨迹关联等高级信息，需结合其他算法（如目标跟踪、深度学习分类）补充。

步骤	目的	核心操作 / 算法
1. 读取图像	获取视频流中的连续帧（如第 t 帧和第 t+1 帧）	`VideoCapture` + `read()`
2. 灰度转换	减少计算复杂度，突出亮度变化	`cvtColor()`
3. 帧差分计算	计算相邻帧像素差异，突出运动区域	`absdiff()`
4. 二值化处理	将差分结果转换为二值图像（前景为运动区域，背景为静止区域）	`threshold()`
5. 降噪	去除噪声，连接断裂的运动区域	腐蚀（`erode()`）+ 膨胀（`dilate()`）
6. 多边拟合	提取运动目标轮廓，过滤无效噪声	`findContours()` + 轮廓面积过滤
7. 结果输出	在原图标记目标区域并显示 / 保存	`rectangle()` + `imshow()`

3.开、闭运算

开运算：先腐蚀在膨胀，用来消除图像周边小白点

闭运算：先膨胀在腐蚀，用来消除物体内部的小黑点

二、opencv级联分类器：

正样本数据采集：需要检测的物体图片

负样本数据采集：非检测物的图片（是正样本的3倍）

1.优点

可检测特定目标，泛化能力较强（需充分训练）。
计算效率高（级联结构快速排除非目标区域）。
无需视频时序信息，适用于单图像检测。

2.缺点

需要大量标注数据进行训练，且训练过程耗时。
仅能检测预定义目标，无法检测未知类型目标。
对目标尺度、姿态变化敏感（需多尺度检测或重新训练）。

3.步骤：

1.灰度处理

Mat gray;
cvtColor(frame,gray,CV_BGR2GRAY);

2.压缩到原来一半

Mat small(cvRound(frame.rows/scale),cvRound(frame.cols/scale),CV_8UC1);
resize(gray,small,small.size(),0,0,INTER_LINEAR);

3.直方图均衡化

equalizeHist(small,small);

4.用级联分类识别车辆

vector<Rect> cars;
cascade.detectMultiScale(small,cars,1.1,2,0|CV_HAAR_SCALE_IMAGE,Size(30,30));

5.绘制矩形

vector<Rect>::const_iterator iter;

for(iter=cars.begin();iter!=cars.end();iter++){
rectangle(frame,
cvPoint(cvRound(iter->x*scale),cvRound(iter->y*scale)),
cvPoint(cvRound((iter->x+iter->width)*scale),cvRound((iter->y+iter->height)*scale)),
Scalar(0,255,0),
2,3
);

}

#include <iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>using namespace cv;
using namespace std;void detec_car(Mat& frame,CascadeClassifier& cascade,double scale)
{//1.灰度处理Mat gray;cvtColor(frame,gray,CV_BGR2GRAY);//2.压缩到原来一半Mat small(cvRound(frame.rows/scale),cvRound(frame.cols/scale),CV_8UC1);resize(gray,small,small.size(),0,0,INTER_LINEAR);//3.直方图均衡化equalizeHist(small,small);//4.用级联分类识别车辆vector<Rect> cars;cascade.detectMultiScale(small,cars,1.1,2,0|CV_HAAR_SCALE_IMAGE,Size(30,30));//5.绘制矩形vector<Rect>::const_iterator iter;for(iter=cars.begin();iter!=cars.end();iter++){rectangle(frame,cvPoint(cvRound(iter->x*scale),cvRound(iter->y*scale)),cvPoint(cvRound((iter->x+iter->width)*scale),cvRound((iter->y+iter->height)*scale)),Scalar(0,255,0),2,3);}imshow("res",frame);
}int main()
{Mat frame;//加载级联分类器CascadeClassifier cascade;cascade.load("xml/cars.xml");VideoCapture video("video/carMove.mp4");while(video.read(frame)){imshow("video",frame);detec_car(frame,cascade,2.0);waitKey(40);}return 0;
}

三、透视变换

将倾斜的图片物品扯平变正

（1）findHomography函数

Mat findHomography( InputArray srcPoints, InputArray dstPoints,
int method = 0, double ransacReprojThreshold = 3,
OutputArray mask=noArray(), const int maxIters = 2000,
const double confidence = 0.995);

//输入点击坐标顺序，接收顺序（都是存在容器当中）

通过原图四个坐标和转化后四个坐标计算映射矩阵

Mat homo=findHomography(data.points,obj,CV_FM_RANSAC);

（2）warpPerspective函数

void warpPerspective( InputArray src, OutputArray dst,
InputArray M, Size dsize,
int flags = INTER_LINEAR,
int borderMode = BORDER_CONSTANT,
const Scalar& borderValue = Scalar());

warpPerspective(img,result,homo,result.size());

#include <iostream>#include <opencv2/opencv.hpp>using namespace cv;
using namespace std;typedef struct{Mat img;//需操作的图像vector<Point2f> points;//保存每次鼠标点击的位置信息
}DATA;void mouseHandle(int event,int x,int y,int flag,void* arg){DATA* pd=(DATA*)arg;if(event==EVENT_LBUTTONDOWN){//鼠标左键按下//图片，中心坐标，半径，圆颜色，边缘粗细，线条类型circle(pd->img,Point(x,y),3,Scalar(0,255,0),3,CV_AA);if(pd->points.size()<4){pd->points.push_back(Point2f(x,y));}imshow("book",pd->img);}}
int main()
{//行列（高宽）Mat result=Mat::zeros(400,800,CV_8UC1);Mat img=imread("image/1.jpg");imshow("book",img);DATA data;data.img=img;setMouseCallback("book",mouseHandle,&data);waitKey(0);//设置转换后的坐标//这个顺序要与点击顺序一致，左上为开始，顺时针vector<Point2f> obj;obj.push_back(Point2f(0,0));obj.push_back(Point2f(800,0));obj.push_back(Point2f(800,400));obj.push_back(Point2f(0,400));//通过原图四个坐标和转化后四个坐标计算映射矩阵Mat homo=findHomography(data.points,obj,CV_FM_RANSAC);imshow("homo",homo);//四个参数类型//InputArray src,   OutputArray dst,  InputArray M,   Size dsizewarpPerspective(img,result,homo,result.size());imshow("result",result);waitKey(0);return 0;
}

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