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OpenCV视频处理基础

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1-OpenCV视频捕获

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在 OpenCV 中，cv2.VideoCapture() 是一个用于捕获视频流的类。它可以用来从摄像头捕获实时视频，或者从视频文件中读取帧。以下是如何使用 cv2.VideoCapture() 实现视频捕获、设置捕获属性以及释放捕获对象的详细步骤。

1. 使用 cv2.VideoCapture() 捕获摄像头

import cv2# 打开默认摄像头（通常是0）
cap = cv2.VideoCapture(0)if not cap.isOpened():print("无法打开摄像头")exit()while True:# 读取一帧ret, frame = cap.read()# 检查是否成功读取帧if not ret:print("无法获取帧")break# 显示帧cv2.imshow('Camera Feed', frame)# 按下 'q' 键退出循环if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break# 释放捕获对象并关闭所有窗口
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

2. 使用 cv2.VideoCapture() 捕获视频文件

import cv2# 打开视频文件
cap = cv2.VideoCapture('video.mp4')if not cap.isOpened():print("无法打开视频文件")exit()while True:# 读取一帧ret, frame = cap.read()# 检查是否成功读取帧if not ret:print("视频结束或无法读取帧")break# 显示帧cv2.imshow('Video Playback', frame)# 按下 'q' 键退出循环if cv2.waitKey(30) & 0xFF == ord('q'):break# 释放捕获对象并关闭所有窗口
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

3. 设置视频捕获属性

OpenCV 允许你通过 cap.set() 方法来设置视频捕获的属性。常见的属性包括帧宽、帧高、帧率等。

import cv2# 打开默认摄像头
cap = cv2.VideoCapture(0)if not cap.isOpened():print("无法打开摄像头")exit()# 设置帧宽和帧高
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 640)
cap.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 480)# 设置帧率（每秒帧数）
cap.set(cv2.CAP_PROP_FPS, 30)while True:# 读取一帧ret, frame = cap.read()# 检查是否成功读取帧if not ret:print("无法获取帧")break# 显示帧cv2.imshow('Camera Feed', frame)# 按下 'q' 键退出循环if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break# 释放捕获对象并关闭所有窗口
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

4. 释放视频捕获对象

无论你是从摄像头还是视频文件捕获视频，在完成视频处理后，都应该释放 cv2.VideoCapture() 对象，并关闭所有打开的窗口。

cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

总结

• cv2.VideoCapture(0) 用于捕获摄像头视频。
• cv2.VideoCapture('file.mp4') 用于捕获视频文件。
• cap.set(propId, value) 用于设置视频捕获属性。
• cap.release() 用于释放视频捕获对象。
• cv2.destroyAllWindows() 用于关闭所有 OpenCV 窗口。

通过这些步骤，你可以在 OpenCV 中实现视频捕获、设置属性以及释放资源。

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2-OpenCV视频写入

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在 OpenCV 中，cv2.VideoWriter() 是一个用于将视频帧写入视频文件的类。你可以使用 cv2.VideoWriter() 将捕获到的帧写入到视频文件中。以下是如何使用 cv2.VideoWriter() 实现视频写入、设置写入参数、逐帧写入以及释放写入对象的详细步骤。

1. 使用 cv2.VideoWriter() 写入视频

首先，你需要创建一个 cv2.VideoWriter() 对象，并指定视频文件的输出路径、编解码器、帧率和帧大小。

import cv2# 打开默认摄像头
cap = cv2.VideoCapture(0)if not cap.isOpened():print("无法打开摄像头")exit()# 获取帧的宽度和高度
frame_width = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH))
frame_height = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT))# 定义输出视频文件的参数
out = cv2.VideoWriter('output.avi', cv2.VideoWriter_fourcc('M', 'J', 'P', 'G'), 30, (frame_width, frame_height))while True:# 读取一帧ret, frame = cap.read()# 检查是否成功读取帧if not ret:print("无法获取帧")break# 写入帧到视频文件out.write(frame)# 显示帧cv2.imshow('Camera Feed', frame)# 按下 'q' 键退出循环if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break# 释放捕获对象和写入对象，并关闭所有窗口
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

2. 设置视频写入参数

在创建 cv2.VideoWriter() 对象时，你需要设置以下参数：

• 文件名：输出视频文件的路径。
• FourCC：编解码器，这是一个 4 字节的代码，表示视频编解码器。常用的编解码器包括：
  • cv2.VideoWriter_fourcc('M','J','P','G') 或 cv2.VideoWriter_fourcc(*'MJPG') 表示 Motion JPEG。
  • cv2.VideoWriter_fourcc('X','V','I','D') 或 cv2.VideoWriter_fourcc(*'XVID') 表示 XVID。
• 帧率：每秒帧数（FPS），通常设置为 30 或 25。
• 帧大小：视频的宽度和高度。

# 定义输出视频文件的参数
out = cv2.VideoWriter('output.avi', cv2.VideoWriter_fourcc('M', 'J', 'P', 'G'), 30, (frame_width, frame_height))

3. 逐帧写入视频

在读取每一帧后，你可以使用 out.write(frame) 将帧写入视频文件。

while True:# 读取一帧ret, frame = cap.read()# 检查是否成功读取帧if not ret:print("无法获取帧")break# 写入帧到视频文件out.write(frame)# 显示帧cv2.imshow('Camera Feed', frame)# 按下 'q' 键退出循环if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):break

4. 释放视频写入对象

在完成视频写入后，你应该释放 cv2.VideoCapture() 和 cv2.VideoWriter() 对象，并关闭所有打开的窗口。

# 释放捕获对象和写入对象，并关闭所有窗口
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

总结

• cv2.VideoWriter('output.avi', cv2.VideoWriter_fourcc('M', 'J', 'P', 'G'), 30, (frame_width, frame_height)) 用于创建视频写入对象。
• out.write(frame) 用于逐帧写入视频。
• out.release() 用于释放视频写入对象。
• cap.release() 用于释放视频捕获对象。
• cv2.destroyAllWindows() 用于关闭所有 OpenCV 窗口。

通过这些步骤，你可以在 OpenCV 中实现视频写入、设置参数、逐帧写入以及释放资源。

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3-OpenCV视频帧处理

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在 OpenCV 中，你可以逐帧读取视频帧，对这些帧进行处理，显示处理后的帧，并将处理后的帧保存到视频文件中。以下是如何实现这些功能的详细步骤。

1. 逐帧读取视频帧

使用 cv2.VideoCapture() 对象的 read() 方法逐帧读取视频帧。

import cv2# 打开视频文件或摄像头
cap = cv2.VideoCapture('video.mp4')  # 或者 cap = cv2.VideoCapture(0) 为摄像头if not cap.isOpened():print("无法打开视频文件或摄像头")exit()while True:# 读取一帧ret, frame = cap.read()# 检查是否成功读取帧if not ret:print("无法获取帧或视频结束")break# 对帧进行处理processed_frame = process_frame(frame)# 显示处理后的帧cv2.imshow('Processed Frame', processed_frame)# 按下 'q' 键退出循环if cv2.waitKey(30) & 0xFF == ord('q'):break# 释放捕获对象并关闭所有窗口
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

2. 处理视频帧

你可以对视频帧进行各种处理，例如滤波、增强、特征提取等。以下是一个简单的例子，对帧进行灰度处理。

def process_frame(frame):# 将帧转换为灰度gray_frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)return gray_frame

3. 显示视频帧

使用 cv2.imshow() 函数显示处理后的帧。

cv2.imshow('Processed Frame', processed_frame)

4. 保存处理后的视频帧

将处理后的帧写入一个新的视频文件。你需要创建一个 cv2.VideoWriter() 对象来实现这一点。

import cv2# 打开视频文件或摄像头
cap = cv2.VideoCapture('video.mp4')  # 或者 cap = cv2.VideoCapture(0) 为摄像头if not cap.isOpened():print("无法打开视频文件或摄像头")exit()# 获取原始帧的宽度和高度
frame_width = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH))
frame_height = int(cap.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT))# 创建 VideoWriter 对象
out = cv2.VideoWriter('output.mp4', cv2.VideoWriter_fourcc(*'mp4v'), 30, (frame_width, frame_height))while True:# 读取一帧ret, frame = cap.read()# 检查是否成功读取帧if not ret:print("无法获取帧或视频结束")break# 对帧进行处理processed_frame = process_frame(frame)# 显示处理后的帧cv2.imshow('Processed Frame', processed_frame)# 将处理后的帧写入视频文件out.write(processed_frame)# 按下 'q' 键退出循环if cv2.waitKey(30) & 0xFF == ord('q'):break# 释放捕获对象和写入对象，并关闭所有窗口
cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

总结

• 使用 cv2.VideoCapture() 逐帧读取视频帧。
• 对每一帧进行处理，例如转换为灰度、应用滤波器等。
• 使用 cv2.imshow() 显示处理后的帧。
• 使用 cv2.VideoWriter() 将处理后的帧写入新的视频文件。

通过这些步骤，你可以在 OpenCV 中实现视频帧的逐帧读取、处理、显示和保存。