当前位置: 首页 > news >正文

【OpenCV】 中使用 Lucas-Kanade 光流进行对象跟踪和路径映射

文章目录

  • 一、说明
  • 二、什么是Lucas-Kanade 方法
  • 三、Lucas-Kanade 原理
  • 四、代码实现
    • 4.1 第 1 步:用户在第一帧绘制一个矩形
    • 4.2 第 2 步:从图像中提取关键点
    • 4.3 第 3 步:跟踪每一帧的关键点

一、说明

本文针对基于光流法的目标追踪进行叙述,首先介绍Lucas-Kanade 方法的引进,以及基本推导,然后演示如何实现光流法的运动跟踪。并以OpenCV实现一个基本项目。

二、什么是Lucas-Kanade 方法

在计算机视觉领域,Lucas-Kanade 方法是 Bruce D. Lucas 和Takeo Kanade开发的一种广泛使用的光流估计差分方法。该方法假设所考虑像素局部邻域中的光流基本恒定,并根据最小二乘准则求解该邻域中所有像素的基本光流方程。

通过结合来自多个邻近像素的信息,Lucas-Kanade 方法通常可以解决光流方程固有的模糊性。与逐点方法相比,该方法对图像噪声的敏感度也较低。另一方面,由于它是一种纯局部方法,因此无法提供图像均匀区域内部的流信息。

三、Lucas-Kanade 原理

在理论上,初始时间为 t 0 t_0 t0 时刻,经历过 Δ t \Delta t Δt时段后,点p会移动到另一个位置 p ′ p′ p ,并且 p ′ p′ p 本身和周围都有着与p相似的亮度值。朴素的LK光流法是直接用灰度值代替RGB作为亮度。根据上面的描述,对于点p而言,假设p 的坐标值是( x , y ),有
I ( x , y , t ) = I ( x + Δ x , y + Δ y , t + Δ t ) I(x, y, t) = I(x+\Delta x,y+\Delta y, t+\Delta t) I(x,y,t)=I(x+Δx,y+Δy,t+Δt)

根据泰勒公式:在这里把x 、y 看做是t 的函数,把公式(1)看做单变量t 的等式,只需对t进行展开)
I ( x , y , t ) = I ( x , y , t ) + ∂ I ∂ x ∂ x ∂ t + ∂ I ∂ y ∂ y ∂ t + ∂ I ∂ t + o ( Δ t ) I(x,y,t)=I(x,y,t)+\frac{∂I} {∂x}\frac{∂x}{∂t}+\frac{∂I} {∂y}\frac{∂y}{∂t}+\frac{∂I} {∂t}+o(Δt) I(x,y,t)=I(x,y,t)+xItx+yIty+tI+o(Δt)
对于一个像素区域:
I x ( q 1 ) V x + I y ( q 1 ) V x = − I t ( q 1 ) I x ( q 2 ) V x + I y ( q 2 ) V x = − I t ( q 2 ) . . . I x ( q n ) V x + I y ( q n ) V x = − I t ( q n ) I_x(q_1)V_x+I_y(q_1)V_x=-I_t(q_1)\\I_x(q_2)V_x+I_y(q_2)V_x=-I_t(q_2)\\...\\I_x(q_n)V_x+I_y(q_n)V_x=-I_t(q_n) Ix(q1)Vx+Iy(q1)Vx=It(q1)Ix(q2)Vx+Iy(q2)Vx=It(q2)...Ix(qn)Vx+Iy(qn)Vx=It(qn)

在这里: q 1 , q 2 , . . . q n q_1,q_2,...q_n q1,q2,...qn是窗口内点的标号, I x ( q i ) I_x(q_i) Ix(qi), I y ( q i ) I_y(q_i) Iy(qi), I t ( q i ) I_t(q_i) It(qi)是图像的灰度偏导数,
这些方程可以写成矩阵形式:
A v = b Av=b Av=b
在这里插入图片描述
这个系统的方程多于未知数,因此它通常是过度确定的。Lucas-Kanade方法通过最小二乘原理得到折衷解。也就是说,它解决了2×2系统:
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
因此
在这里插入图片描述

四、代码实现

4.1 第 1 步:用户在第一帧绘制一个矩形

# Path to video  
video_path="videos/bicycle1.mp4" 
video = cv2.VideoCapture(video_path)# read only the first frame for drawing a rectangle for the desired object
ret,frame = video.read()# I am giving  big random numbers for x_min and y_min because if you initialize them as zeros whatever coordinate you go minimum will be zero 
x_min,y_min,x_max,y_max=36000,36000,0,0def coordinat_chooser(event,x,y,flags,param):global go , x_min , y_min, x_max , y_max# when you click the right button, it will provide coordinates for variablesif event==cv2.EVENT_RBUTTONDOWN:# if current coordinate of x lower than the x_min it will be new x_min , same rules apply for y_min x_min=min(x,x_min) y_min=min(y,y_min)# if current coordinate of x higher than the x_max it will be new x_max , same rules apply for y_maxx_max=max(x,x_max)y_max=max(y,y_max)# draw rectanglecv2.rectangle(frame,(x_min,y_min),(x_max,y_max),(0,255,0),1)"""if you didn't like your rectangle (maybe if you made some misclicks),  reset the coordinates with the middle button of your mouseif you press the middle button of your mouse coordinates will reset and you can give a new 2-point pair for your rectangle"""if event==cv2.EVENT_MBUTTONDOWN:print("reset coordinate  data")x_min,y_min,x_max,y_max=36000,36000,0,0cv2.namedWindow('coordinate_screen')
# Set mouse handler for the specified window, in this case, "coordinate_screen" window
cv2.setMouseCallback('coordinate_screen',coordinat_chooser)while True:cv2.imshow("coordinate_screen",frame) # show only first frame k = cv2.waitKey(5) & 0xFF # after drawing rectangle press ESC   if k == 27:cv2.destroyAllWindows()breakcv2.destroyAllWindows()

4.2 第 2 步:从图像中提取关键点

# take region of interest ( take inside of rectangle )
roi_image=frame[y_min:y_max,x_min:x_max]# convert roi to grayscale
roi_gray=cv2.cvtColor(roi_image,cv2.COLOR_BGR2GRAY) # Params for corner detection
feature_params = dict(maxCorners=20,  # We want only one featurequalityLevel=0.2,  # Quality threshold minDistance=7,  # Max distance between corners, not important in this case because we only use 1 cornerblockSize=7)first_gray = cv2.cvtColor(frame,cv2.COLOR_BGR2GRAY)# Harris Corner detection
points = cv2.goodFeaturesToTrack(first_gray, mask=None, **feature_params)# Filter the detected points to find one within the bounding box
for point in points:x, y = point.ravel()if y_min <= y <= y_max and x_min <= x <= x_max:selected_point = pointbreak# If a point is found, convert it to the correct shape
if selected_point is not None:p0 = np.array([selected_point], dtype=np.float32)plt.imshow(roi_gray,cmap="gray")

将从此图像中提取关键点

4.3 第 3 步:跟踪每一帧的关键点

############################ Parameters ####################################""" 
winSize --> size of the search window at each pyramid level
Smaller windows can more precisely track small, detailed features -->   slow or subtle movements and where fine detail tracking is crucial.
Larger windows is better for larger displacements between frames ,  more robust to noise and small variations in pixel intensity --> require more computations
"""# Parameters for Lucas-Kanade optical flow
lk_params = dict(winSize=(7, 7),  # Window sizemaxLevel=2,  # Number of pyramid levelscriteria=(cv2.TERM_CRITERIA_EPS | cv2.TERM_CRITERIA_COUNT, 10, 0.03))############################ Algorithm ##################################### Read video
cap = cv2.VideoCapture(video_path)# Take first frame and find corners in it
ret, old_frame = cap.read()width = old_frame.shape[1]
height = old_frame.shape[0]# Create a mask image for drawing purposes
mask = np.zeros_like(old_frame)frame_count = 0
start_time = time.time()old_gray = first_graywhile True:ret, frame = cap.read()if not ret:breakframe_gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)if p0 is not None:# Calculate optical flowp1, st, err = cv2.calcOpticalFlowPyrLK(old_gray, frame_gray, p0, None, **lk_params)  good_new = p1[st == 1]  # st==1 means found pointgood_old = p0[st == 1]if len(good_new) > 0:# Calculate movementa, b = good_new[0].ravel()c, d = good_old[0].ravel()# Draw the tracksmask = cv2.line(mask, (int(a), int(b)), (int(c), int(d)), (0, 255, 0), 2)frame = cv2.circle(frame, (int(a), int(b)), 5, (0, 255, 0), -1)img = cv2.add(frame, mask)# Calculate and display FPSelapsed_time = time.time() - start_timefps = frame_count / elapsed_time if elapsed_time > 0 else 0cv2.putText(img, f"FPS: {fps:.2f}", (width - 200, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, (255, 0, 0), 2, cv2.LINE_AA)cv2.imshow('frame', img)# Update previous frame and pointsold_gray = frame_gray.copy()p0 = good_new.reshape(-1, 1, 2)else:p0 = None# Check if the tracked point is out of frameif not (25 <= a < width):p0 = None  # Reset p0 to None to detect new feature in the next iterationselected_point_distance = 0  # Reset selected point distance when new point is detected# Redetect features if necessaryif p0 is None:p0 = cv2.goodFeaturesToTrack(frame_gray, mask=None, **feature_params)mask = np.zeros_like(frame)selected_point_distance=0frame_count += 1k = cv2.waitKey(25)if k == 27:breakcv2.destroyAllWindows()
cap.release()

结果

相关文章:

【OpenCV】 中使用 Lucas-Kanade 光流进行对象跟踪和路径映射

文章目录 一、说明二、什么是Lucas-Kanade 方法三、Lucas-Kanade 原理四、代码实现4.1 第 1 步&#xff1a;用户在第一帧绘制一个矩形4.2 第 2 步&#xff1a;从图像中提取关键点4.3 第 3 步&#xff1a;跟踪每一帧的关键点 一、说明 本文针对基于光流法的目标追踪进行叙述&am…...

ES 支持乐观锁吗?如何实现的?

本篇主要介绍一下Elasticsearch的并发控制和乐观锁的实现原理&#xff0c;列举常见的电商场景&#xff0c;关系型数据库的并发控制、ES的并发控制实践。 并发场景 不论是关系型数据库的应用&#xff0c;还是使用Elasticsearch做搜索加速的场景&#xff0c;只要有数据更新&…...

前端宝典十一:前端工程化稳定性方案

一、工程化体系介绍 1、什么是前端工程化 前端工程化 前端 软件工程&#xff1b;前端工程化 将工程方法系统化地应用到前端开发中&#xff1b;前端工程化 系统、严谨、可量化的方法开发、运营和维护前端应用程序&#xff1b;前端工程化 基于业务诉求&#xff0c;梳理出最…...

yum 数据源的切换

本来准备安装一个ntp 服务器时间进行同步&#xff0c;但是使用yum install ntp -y 但是却失败了 原因是yum自带的镜像源不能用了&#xff0c;所以要想使用yum 多功能只能切换yum 对应的镜像源了 如果你的服务商是可以使用wget命令的&#xff1a; wget -O /etc/yum.repos.d/Ce…...

MySQL入门学习-命令行工具.mysqlbinlog

MySQL 命令行工具mysqlbinlog用于处理二进制日志文件。 一、关于mysqlbinlog工具的详细介绍&#xff1a; 1、命令行工具mysqlbinlog的特点和使用方法&#xff1a; - 特点&#xff1a; - 可以解析和查看二进制日志文件的内容。 - 支持多种输出格式&#xff0c;如文本、SQ…...

WARNING XXX is not overriding the create method in batch

WARNING XXX is not overriding the create method in batch api.modeldef create(self, vals):quvals[name]youqu self.env[crm.qu].sudo().search([(name, , qu),(shi_id,,vals[shi_id])])if len(youqu)>0:raise UserError(_("该区名已存在&#xff0c;无需再填加…...

使用预训练的 ONNX 格式的目标检测模型(基于 YOLOv8n-pose)姿态监测

具体步骤如下&#xff1a; 加载图像&#xff1a; 从指定路径读取一张图像&#xff08;这里假设图像名为bus.jpg&#xff09;。将图像从 BGR 颜色空间转换为 RGB 颜色空间。 图像预处理&#xff1a; 计算图像的高度、宽度&#xff0c;并确定其中的最大值作为新图像的边长。创建一…...

matlab实现模拟退火算法

模拟退火算法&#xff08;Simulated Annealing, SA&#xff09;是一种通用概率优化算法&#xff0c;用于在给定的大搜索空间内寻找问题的近似全局最优解。该算法灵感来源于物理学中固体物质的退火过程&#xff0c;其中温度逐渐降低&#xff0c;粒子逐渐趋于能量最低状态。 在M…...

【Prettier】代码格式化工具Prettier的使用和配置介绍

前言 前段时间&#xff0c;因为项目的prettier的配置和eslint格式检查有些冲突&#xff0c;在其prettier官网和百度了一些配置相关的资料&#xff0c;在此做一些总结&#xff0c;以备不时之需。 Prettier官网 Prettier Prettier 是一种前端代码格式化工具&#xff0c;支持ja…...

【计算机网络】网络基础

&#x1f466;个人主页&#xff1a;Weraphael ✍&#x1f3fb;作者简介&#xff1a;目前正在学习c和算法 ✈️专栏&#xff1a;Linux &#x1f40b; 希望大家多多支持&#xff0c;咱一起进步&#xff01;&#x1f601; 如果文章有啥瑕疵&#xff0c;希望大佬指点一二 如果文章对…...

MFC在对话框中实现打印和打印预览

首先在这里感谢互联网的大哥们&#xff01;同时我讨厌动不动就是要vip才能查看&#xff01;所以我写的不需要vip就能看。只求点个赞。 直接上代码&#xff0c;新建6个文件CPrintFrame.cpp&#xff1b;CPrintFrame.h&#xff1b;CPrintPreviewView.cpp&#xff1b;CPrintPrevie…...

移动端页面出现闪屏

v-cloak 的作用和用法 用法&#xff1a; 这个指令保持在元素上直到关联实例结束编译。和 CSS 规则如 [v-cloak] { display: none } 一起用时&#xff0c;这个指令可以隐藏未编译的 Mustache 标签直到实例准备完毕。官方API {{msg}} HTML 绑定 Vue实例&#xff0c;在页面加载时…...

elasticsearch的高亮查询三种模式查询及可能存在的问题

目录 高亮查询使用介绍 高亮参数 三种分析器 可能存在的查询问题 fvh查询时出现StringIndexOutOfBoundsException越界 检索高亮不正确 参考文档 高亮查询使用介绍 Elasticsearch 的高亮&#xff08;highlight&#xff09;可以从搜索结果中的一个或多个字段中获取突出显…...

【精品实战项目】深度学习预测、深度强化学习优化、附源码数据手把手教学

目录 前言 一、预测算法数据与代码介绍(torch和mxnet都有) 1.1 数据介绍 1.2 代码介绍 1.3 优化介绍 二、深度强化学习算法优化 2.1 DDPG 介绍 DPG--deterministic policy gradient DQN--deep Q-network DDPG--deep deterministic policy gradient 三、其他算法 总结…...

JavaScript 手写仿深拷贝

实现对象参数的深拷贝并返回拷贝之后的新对象&#xff0c;因为参数对象和参数对象的每个数据项的数据类型范围仅在数组、普通对象&#xff08;{}&#xff09;、基本数据类型中且无需考虑循环引用问题&#xff0c;所以不需要做过多的数据类型判断&#xff0c;核心步骤有&#xf…...

spring低版本设置cookie的samesite属性

场景&#xff1a;比较古老的项目了&#xff0c;ssh架子&#xff0c;Chrome 51 开始&#xff0c;浏览器的 Cookie 新增加了一个SameSite属性&#xff0c;可用于防止 CSRF 攻击和用户追踪。因此需要给其字段赋值。 网上找了很多资源&#xff0c;由于jar版本比较低&#xff0c;没有…...

GPT4o编写步进电机控制代码

我给出的要求如下&#xff1a; 基于STM32F407 HAL库&#xff0c;写一个步进电机控制程序&#xff0c;需要控制8个步进电机&#xff0c;我会给出描述步进电机的结构体变量&#xff0c;基于这些变量需要你做出以下功能&#xff0c;电机脉冲通过定时器中断翻转脉冲引脚的电平实现…...

关于Spring Boot的自动配置

目录 1.EnableAutoConfiguration注解 2.SpringBootConfiguration注解 3.Import注解 4.spring.factories 5.总结 &#xff08;1&#xff09;EnableAutoConfiguration &#xff08;2&#xff09;AutoConfigurationImportSelector &#xff08;3&#xff09; SpringFactoriesLoade…...

## 已解决:`java.sql.SQLSyntaxErrorException: SQL语法错误` 异常的正确解决方法,亲测有效!!! ###

1. 问题描述 java.sql.SQLSyntaxErrorException 是 Java 程序在执行 SQL 查询时&#xff0c;因 SQL 语法错误而抛出的异常。通常情况下&#xff0c;错误信息会指示出错的 SQL 语句及错误原因&#xff0c;如拼写错误、关键字遗漏、字段名称错误等。 典型的错误信息如下&#x…...

备战秋招60天算法挑战,Day22

题目链接&#xff1a; https://leetcode.cn/problems/missing-number/ 视频题解&#xff1a; https://www.bilibili.com/video/BV1HS42197Hc/ LeetCode 268.丢失的数字 题目描述 给定一个包含 [0, n] 中 n 个数的数组 nums &#xff0c;找出 [0, n] 这个范围内没有出现在数组…...

【网络】每天掌握一个Linux命令 - iftop

在Linux系统中&#xff0c;iftop是网络管理的得力助手&#xff0c;能实时监控网络流量、连接情况等&#xff0c;帮助排查网络异常。接下来从多方面详细介绍它。 目录 【网络】每天掌握一个Linux命令 - iftop工具概述安装方式核心功能基础用法进阶操作实战案例面试题场景生产场景…...

SkyWalking 10.2.0 SWCK 配置过程

SkyWalking 10.2.0 & SWCK 配置过程 skywalking oap-server & ui 使用Docker安装在K8S集群以外&#xff0c;K8S集群中的微服务使用initContainer按命名空间将skywalking-java-agent注入到业务容器中。 SWCK有整套的解决方案&#xff0c;全安装在K8S群集中。 具体可参…...

el-switch文字内置

el-switch文字内置 效果 vue <div style"color:#ffffff;font-size:14px;float:left;margin-bottom:5px;margin-right:5px;">自动加载</div> <el-switch v-model"value" active-color"#3E99FB" inactive-color"#DCDFE6"…...

DBAPI如何优雅的获取单条数据

API如何优雅的获取单条数据 案例一 对于查询类API&#xff0c;查询的是单条数据&#xff0c;比如根据主键ID查询用户信息&#xff0c;sql如下&#xff1a; select id, name, age from user where id #{id}API默认返回的数据格式是多条的&#xff0c;如下&#xff1a; {&qu…...

优选算法第十二讲:队列 + 宽搜 优先级队列

优选算法第十二讲&#xff1a;队列 宽搜 && 优先级队列 1.N叉树的层序遍历2.二叉树的锯齿型层序遍历3.二叉树最大宽度4.在每个树行中找最大值5.优先级队列 -- 最后一块石头的重量6.数据流中的第K大元素7.前K个高频单词8.数据流的中位数 1.N叉树的层序遍历 2.二叉树的锯…...

分布式增量爬虫实现方案

之前我们在讨论的是分布式爬虫如何实现增量爬取。增量爬虫的目标是只爬取新产生或发生变化的页面&#xff0c;避免重复抓取&#xff0c;以节省资源和时间。 在分布式环境下&#xff0c;增量爬虫的实现需要考虑多个爬虫节点之间的协调和去重。 另一种思路&#xff1a;将增量判…...

Xen Server服务器释放磁盘空间

disk.sh #!/bin/bashcd /run/sr-mount/e54f0646-ae11-0457-b64f-eba4673b824c # 全部虚拟机物理磁盘文件存储 a$(ls -l | awk {print $NF} | cut -d. -f1) # 使用中的虚拟机物理磁盘文件 b$(xe vm-disk-list --multiple | grep uuid | awk {print $NF})printf "%s\n"…...

技术栈RabbitMq的介绍和使用

目录 1. 什么是消息队列&#xff1f;2. 消息队列的优点3. RabbitMQ 消息队列概述4. RabbitMQ 安装5. Exchange 四种类型5.1 direct 精准匹配5.2 fanout 广播5.3 topic 正则匹配 6. RabbitMQ 队列模式6.1 简单队列模式6.2 工作队列模式6.3 发布/订阅模式6.4 路由模式6.5 主题模式…...

【网络安全】开源系统getshell漏洞挖掘

审计过程&#xff1a; 在入口文件admin/index.php中&#xff1a; 用户可以通过m,c,a等参数控制加载的文件和方法&#xff0c;在app/system/entrance.php中存在重点代码&#xff1a; 当M_TYPE system并且M_MODULE include时&#xff0c;会设置常量PATH_OWN_FILE为PATH_APP.M_T…...

嵌入式学习之系统编程(九)OSI模型、TCP/IP模型、UDP协议网络相关编程(6.3)

目录 一、网络编程--OSI模型 二、网络编程--TCP/IP模型 三、网络接口 四、UDP网络相关编程及主要函数 ​编辑​编辑 UDP的特征 socke函数 bind函数 recvfrom函数&#xff08;接收函数&#xff09; sendto函数&#xff08;发送函数&#xff09; 五、网络编程之 UDP 用…...