如何使用OpenCV中的簡單計算機視覺技術(shù)創(chuàng)建我們自己的“隱形衣”

我計劃分享一些有趣的實戰(zhàn)項目，或許達不到商用的級別，但是希望能在大家做項目的時候能夠提供一些思路！如果對你有所幫助，給我點贊 & 在看，讓我知道對你有幫助哈！

基于OpenCV的顏色檢測和分割的隱形斗篷

如果你是個哈利波特迷，你就會知道什么是隱形衣。是的！這是哈利波特用來隱身的隱形衣。當然，我們都知道隱形衣不是真的——它都是圖形上的詭計。

在這篇文章中，我們將學習如何使用OpenCV中的簡單計算機視覺技術(shù)創(chuàng)建我們自己的“隱形衣”。文末會分享 C++和python的代碼。

那是哈利·波特在試他的隱形衣!

事實上，你可以用一種叫做顏色檢測和分割的圖像處理技術(shù)來創(chuàng)造這種神奇的體驗。好消息是，你不需要成為霍格沃茨的一員!你所需要的是一塊紅色的布，并遵循這篇文章。

它的原理是什么？

該算法在原理上與綠幕非常相似。但與我們刪除背景的綠幕不同，在這個應(yīng)用中，我們刪除了前景！

我們用一塊紅色的布做我們的斗篷。為什么是紅色呢?為什么不綠色的嗎?當然，我們可以用綠色，紅色不是魔術(shù)師的顏色嗎？除了此之外，像綠色或藍色這樣的顏色也可以稍微調(diào)整一下。

其基本思想如下:

1. 捕獲并存儲背景幀。

2. 使用顏色檢測算法檢測紅色布料。

3. 將紅色的布料分割成一個mask。

4. 生成最后的增廣輸出，創(chuàng)造神奇的效果。

上面的GIF簡單地解釋了算法的所有階段?，F(xiàn)在我們將詳細討論每一步。

步驟1:捕捉并存儲背景幀

如上所述，關(guān)鍵思想是將當前與布料相對應(yīng)的幀像素替換為背景像素，從而產(chǎn)生一件隱身衣的效果。為此，我們需要存儲一個背景幀。

C++

//CreateaVideoCaptureobjectandopentheinputfile// If the input is the web camera, pass 0 instead of the video file nameVideoCapture cap("video4.mp4");// Check if camera opened successfullyif(!cap.isOpened()){ cout << "Error opening video stream or file" << endl; return -1;} Mat background;for(int i=0;i<30;i++){ cap >> background;}//Laterally invert the image / flip the image.flip(background,background,1);

Python

# Creating a VideoCapture object# This will be used for image acquisition later in the code.cap = cv2.VideoCapture("video.mp4") # We give some time for the camera to warm-up!time.sleep(3) background=0 for i in range(30): ret,background = cap.read() # Laterally invert the image / flip the image.background = np.flip(background,axis=1)

在上面的代碼中，cap.read()方法使我們能夠通過相機捕獲最新的幀(存儲在變量‘background’中)，它還返回一個布爾值(True/False存儲在‘ret’中)。如果一個幀被正確讀取，它將為真。所以你可以通過檢查這個返回值來檢查視頻的結(jié)束。

為什么捕獲背景圖像使用'循環(huán)' ?

因為背景是靜態(tài)的，我們不能簡單地使用一個幀嗎?當然，但是與多幀圖像相比，捕獲的圖像有點暗。這是因為相機剛剛開始捕捉幀，因此它的參數(shù)還不穩(wěn)定。因此，使用for循環(huán)捕獲靜態(tài)背景的多個圖像就可以完成這個任務(wù)。

多幀平均也可以降低噪聲。

第二步:檢測紅色

因為我們使用了一塊紅色的布來將它轉(zhuǎn)換成一件隱形斗篷，所以我們將著重于在框架中檢測紅色。

聽起來簡單嗎？我們有一個RGB（紅-綠-藍）圖像，使用簡單閾值的R通道來得到我們的mask。結(jié)果證明，這將并不會特別有效，因為RGB值是高度敏感的照明。因此，即使斗篷是紅色的，也可能有一些區(qū)域，由于陰影，相應(yīng)像素的紅色通道值相當?shù)汀?/p>

正確的方法是將圖像的顏色空間從RGB轉(zhuǎn)換為HSV（色相-飽和度-亮度）。

HSV顏色空間是什么?

HSV顏色空間表示使用三個值的顏色

1.色相（Hue）：這個通道對顏色信息進行編碼。色相可以被認為是一個角度，0度對應(yīng)紅色，120度對應(yīng)綠色，240度對應(yīng)藍色。

2.飽和度（Saturation）：這個通道編碼顏色的強度/純度。例如，粉色比紅色的飽和度低。

3.值（Value）：該通道對顏色的亮度進行編碼。圖像的陰影和光澤成分出現(xiàn)在這個通道中。

不像RGB是根據(jù)三原色來定義的，HSV的定義方式類似于人類感知顏色的方式。

對于我們的應(yīng)用而言，使用HSV顏色空間的主要優(yōu)點是顏色/色調(diào)/波長僅由色相組件表示。

要了解不同的色彩空間，請參考我們關(guān)于色彩空間的詳細博客。

https://www.learnopencv.com/color-spaces-in-opencv-cpp-python/

所以當我說，我需要一個特定的顏色，選擇色相組件，然后根據(jù)飽和度組件，我得到了那個顏色的不同的陰影，進一步根據(jù)值組件，我得到了一個顏色的特定陰影的不同的強度。

在下面的代碼中，我們首先捕獲一個活動幀，將圖像從RGB轉(zhuǎn)換為HSV顏色空間，然后定義一個特定范圍的H-S-V值來檢測紅色。

C++

Mat frame;// Capture frame-by-framecap >> frame; // Laterally invert the image / flip the imageflip(frame,frame,1); //Converting image from BGR to HSV color space.Mat hsv;cvtColor(frame, hsv, COLOR_BGR2HSV); Mat mask1,mask2;// Creating masks to detect the upper and lower red color.inRange(hsv, Scalar(0, 120, 70), Scalar(10, 255, 255), mask1);inRange(hsv, Scalar(170, 120, 70), Scalar(180, 255, 255), mask2); // Generating the final maskmask1 = mask1 + mask2;

Python

# Capturing the live frameret, img = cap.read() # Laterally invert the image / flip the imageimg = np.flip(imgaxis=1) # converting from BGR to HSV color spacehsv = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2HSV) # Range for lower redlower_red = np.array([0,120,70])upper_red = np.array([10,255,255])mask1 = cv2.inRange(hsv, lower_red, upper_red) # Range for upper rangelower_red = np.array([170,120,70])upper_red = np.array([180,255,255])mask2 = cv2.inRange(hsv,lower_red,upper_red) # Generating the final mask to detect red colormask1 = mask1+mask2

inRange函數(shù)簡單地返回一個二值化掩碼，其中白色像素(255)表示屬于上限和下限范圍的像素，黑色像素(0)不屬于上限和下限范圍的像素。

色相值實際上分布在一個圓上(范圍在0-360度之間)，但在OpenCV中為了適應(yīng)8bit 值，其范圍是0-180度。紅色由0-30和150-180值表示。

我們使用范圍0-10和170-180，以避免檢測皮膚為紅色。飽和度使用較高范圍120-255的值，因為我們的布料應(yīng)該是高度飽和的紅色。亮度值在的較低范圍是70，這樣我們也可以在布料的褶皺中檢測到紅色。

mask1 = mask1 + mask2

使用上面的線，我們合并兩個紅色范圍生成的mask。它基本上是在像素上進行OR操作。這是一個操作符重載+的簡單例子。

現(xiàn)在，您已經(jīng)了解了如何進行顏色檢測，您可以更改H-S-V范圍，并使用一些其他的單色布來代替紅色。事實上，綠色的布比紅色的效果更好，因為綠色離人的膚色差異最大。

第三步:將檢測到的紅色布料分割開來

在上一步中，我們生成了一個mask來確定幀中與檢測到的顏色相對應(yīng)的區(qū)域。我們精煉這個mask，然后用它從frame上分割布料。下面的代碼說明了它是如何實現(xiàn)的。

C++

Mat kernel = Mat::ones(3,3, CV_32F);morphologyEx(mask1,mask1,cv::MORPH_OPEN,kernel);morphologyEx(mask1,mask1,cv::MORPH_DILATE,kernel); // creating an inverted mask to segment out the cloth from the framebitwise_not(mask1,mask2);Mat res1, res2, final_output; // Segmenting the cloth out of the frame using bitwise and with the inverted maskbitwise_and(frame,frame,res1,mask2);

Python

mask1 = cv2.morphologyEx(mask, cv2.MORPH_OPEN, np.ones((3,3),np.uint8))mask1 = cv2.morphologyEx(mask, cv2.MORPH_DILATE, np.ones((3,3),np.uint8)) #creating an inverted mask to segment out the cloth from the framemask2 = cv2.bitwise_not(mask1) #Segmenting the cloth out of the frame using bitwise and with the inverted maskres1 = cv2.bitwise_and(img,img,mask=mask2)

步驟4:生成最終的增強輸出，以創(chuàng)建一個神奇的效果。

最后，我們將檢測到的紅色區(qū)域的像素值替換為靜態(tài)背景對應(yīng)的像素值，最后生成一個增強輸出，產(chǎn)生神奇的效果，將我們的布料變成了一件隱身斗篷。為此，我們首先使用bitwise_and操作創(chuàng)建一個像素值對應(yīng)于檢測區(qū)域的圖像，像素值等于靜態(tài)背景的像素值，然后將輸出添加到我們從中分割出紅布的圖像(res1)中。

C++

// creating image showing static background frame pixels only for the masked regionbitwise_and(background,background,res2,mask1); // Generating the final augmented output.addWeighted(res1,1,res2,1,0,final_output);imshow("magic", final_output);waitKey(1);

Python

# creating image showing static background frame pixels only for the masked regionres2 = cv2.bitwise_and(background, background, mask = mask1) #Generating the final outputfinal_output = cv2.addWeighted(res1,1,res2,1,0)imshow("magic",final_output)cv2.waitKey(1)