OpenCV：目标跟踪。

目标跟踪指的是对视频中的移动目标进行定位的过程。

在如今AI行业有着很多应用场景，比如监控，辅助驾驶等。

对于如何实现视频的目标跟踪，也有着许多方法。

比如跟踪所有移动目标时，视频每帧之间的变化就显得很有用。

如若视频背景不变，即可利用背景变化实现目标跟踪。

还有之前我们实现过的「跳一跳」小游戏。

其中的模板匹配，也是一种目标跟踪方法，能够很好的跟踪到小跳人的位置。

接下来看一下一些简单的目标跟踪案例。

/ 01 / 帧之间差异

下面就通过计算视频帧之间的差异(即考虑背景帧和其他帧之间的差异)，进而实现目标跟踪。

具体代码如下。

import cv2

# 获取视频
video = cv2.VideoCapture('007.mp4')

# 生成椭圆结构元素
es = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_ELLIPSE, (9, 4))
# 设置背景帧
background = None

while True:
    # 读取视频每一帧
    ret, frame = video.read()

    # 获取背景帧
    if background is None:
        # 将视频的第一帧图像转为灰度图
        background = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
        # 对灰度图进行高斯模糊,平滑图像
        background = cv2.GaussianBlur(background, (21, 21), 0)
        continue

    # 将视频的每一帧图像转为灰度图
    gray_frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # 对灰度图进行高斯模糊,平滑图像
    gray_frame = cv2.GaussianBlur(gray_frame, (21, 21), 0)

    # 获取当前帧与背景帧之间的图像差异,得到差分图
    diff = cv2.absdiff(background, gray_frame)

    # 利用像素点值进行阈值分割,得到一副黑白图像
    diff = cv2.threshold(diff, 25, 255, cv2.THRESH_BINARY)[1]

    # 膨胀图像,减少错误
    diff = cv2.dilate(diff, es, iterations=2)

    # 得到图像中的目标轮廓
    image, cnts, hierarchy = cv2.findContours(diff.copy(), cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

    for c in cnts:
        if cv2.contourArea(c) < 1500:
            continue
        # 绘制目标矩形框
        (x, y, w, h) = cv2.boundingRect(c)
        cv2.rectangle(frame, (x+2, y+2), (x+w, y+h), (0, 255, 0), 2)

    # 显示检测视频
    cv2.namedWindow('contours', 0)
    cv2.resizeWindow('contours', 600, 400)
    cv2.imshow('contours', frame)

    # 显示差异视频
    cv2.namedWindow('diff', 0)
    cv2.resizeWindow('diff', 600, 400)
    cv2.imshow('diff', diff)
    if cv2.waitKey(1) & 0xff == ord('q'):
        break

# 结束
cv2.destroyAllWindows()
video.release()

得到的视频结果如下。

https://v.qq.com/x/page/a08960zo3yk.html

就这个视频来看，效果还不错。

每次的变化都跟踪出来了。

不过这种方法还是存在缺陷的，因为真正的应用场景下，视频背景不可能那么完美。

必然会受到环境的影响，比如光照的变化。

这将极大影响视频的背景。

/ 02 / 背景分割器

OpenCV提供一个BackgroundSubtractor的类，可以用于分割视频的前景和背景。

还可以通过机器学习提高背景检测的效果。

有三种背景分割器，分别是KNN，MOG2，GMG，通过相应的算法计算背景分割。

BackgroundSubtractor类可以对不同帧进行比较，并存储以前的帧，可按时间推移来提高运动分析的结果。

还能计算阴影，通过检测阴影，排除检测图像的阴影区域。

下面通过一个实例来演示一下，代码如下。

import cv2

# 获取视频
video = cv2.VideoCapture('traffic.flv')
# KNN背景分割器,设置阴影检测
bs = cv2.createBackgroundSubtractorKNN(detectShadows=True)

while True:
    # 读取视频每一帧
    ret, frame = video.read()
    # 计算视频的前景掩码
    fgmask = bs.apply(frame)
    # 图像阈值化
    th = cv2.threshold(fgmask.copy(), 244, 255, cv2.THRESH_BINARY)[1]
    # 膨胀图像,减少错误
    dilated = cv2.dilate(th, cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_ELLIPSE, (3, 3)), iterations=2)

    # 得到图像中的目标轮廓
    image, contours, hier = cv2.findContours(dilated, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

    for c in contours:
        if cv2.contourArea(c) > 1600:
            # 绘制目标矩形框
            (x, y, w, h) = cv2.boundingRect(c)
            cv2.rectangle(frame, (x, y), (x+w, y+h), (255, 255, 0), 2)

    # 显示差异视频
    cv2.imshow('mog', fgmask)
    # cv2.imshow('thresh', th)
    # 显示检测视频
    cv2.imshow('detection', frame)
    if cv2.waitKey(30) & 0xff == ord('q'):
        break

video.release()
cv2.destroyAllWindows()

得到结果如下。

https://v.qq.com/x/page/e08964j2ddi.html

效果也还不错。

/ 03 / 总结

相关视频及代码已上传网盘，公众号回复「目标跟踪」即可获取。

对于目标跟踪，还有很多方法，比如均值漂移、CAMShift、卡尔曼滤波器等。

本次就先马克这些，其余的以后慢慢了解~

万水千山总是情，点个「在看」行不行。

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