Важнейшими источниками информации о внешнем мире для робота являются его оптические датчики и камеры. После получения изображения необходима его обработка для анализа обстановки или принятия решения. Как я говорил ранее, компьютерное зрение объединяет множество методов работы с изображениями. При функционировании робота предполагается, что видеоинформация с камер обрабатывается какой-либо программой, запущенной на контроллере. Чтобы не писать код с нуля, можно воспользоваться готовыми программными решениями. На текущий момент существует множество готовых библиотек компьютерного зрения:

• Matrox Imaging Library
• Camellia Library
• Open eVision
• HALCON
• libCVD
• OpenCV
• и т.д…

Данные SDK могут сильно различаться по функциональности, условиям лицензирования, используемым языкам программирования. Мы же подробнее остановимся на OpenCV . Она бесплатна как для учебных целей, так и для коммерческого использования. Написана на оптимизированном C/C++, поддерживает интерфейсы C, C++, Python, Java и включает в себя реализации свыше 2500 алгоритмов. Помимо стандартных функций обработки изображений (фильтрация, размытие, геометрические преобразования и т.д…) данный SDK позволяет решать более сложные задачи, к которым относятся обнаружение объекта на фотографии и его «узнавание». Следует понимать, что задачи обнаружения и распознавания могут быть совершенно различными:

• поиск и распознавание конкретного объекта,
• поиск объектов одной категории (без распознавания),
• только распознавание объекта (уже готовое изображение с ним).

Для обнаружения признаков на изображении и проверки на совпадение в OpenCV имеются следующие методы:

• Гистограмма направленных градиентов HOG(Histogram of Oriented Gradients) — может применяться для обнаружения пешеходов
• Алгоритм Виолы-Джонса — применяется для поиска лиц
• Алгоритм обнаружения признаков SIFT (Scale Invariant Feature Transform)
• Алгоритм обнаружения признаков SURF (Speeded Up Robust Features)

Например, SIFT обнаруживает наборы точек, которые можно использовать для идентификации объекта. Помимо приведенных методик в OpenCV имеются и другие алгоритмы для детектирования и распознавания, а также набор алгоритмов, относящихся к машинному обучению, таких как метод k ближайших соседей, нейронные сети, метод опорных векторов и т.д… В целом OpenCV предоставляет инструментарий, достаточный для решения подавляющего большинства задач компьютерного зрения. Если алгоритм не имеется в составе SDK, то, как правило, он может быть без проблем запрограммирован. Кроме того, существует множество авторских версий алгоритмов, написанных пользователями на основе OpenCV. Также следует отметить, что за последние годы OpenCV сильно расширилась и стала в некоторой степени «тяжеловесной». В связи с этим, разными группами энтузиастов создаются «облегченные» библиотеки, основанные на OpenCV. Примеры: SimpleCV, liuliu ccv, tinycv… Полезные сайты

1. http://opencv.org/ — Основной сайт проекта
2. http://opencv.willowgarage.com/wiki/ — Старый сайт проекта с документацией по старым версиям

В этой статье использован C++ интерфейс, FREAK и детектирование множества объектов. Надежность детектирования объектов с помощью FREAK ниже, чем SURF, однако его работа намного быстрее, что позволяет использовать алгоритм на мобильных и встроенных системах. Пример работы представлен на рисунке:

Рассмотрим исходный код, который позволяет этого достигнуть. Код приведен полностью для желающих быстро вставить его в свой проект.
#include #include #include #include #include #include #include #include keypointsImageTemple, keypointsImage; Mat descriptorsImageTemple, descriptorsImage; std::vector matches; // Инициалищация класса детектора особенностей, 1000 - пороговое значение для отсеивания // малозначимых особенностей SurfFeatureDetector detector(1000); // Класс для FREAK особенностей. Можно настраивать режимы сравнения особенностей: // FREAK extractor(true, true, 22, 4, std::vector matcher; // Детектирование double t = (double)getTickCount(); detector.detect(ImageTemple, keypointsImageTemple); detector.detect(Image, keypointsImage); t = ((double)getTickCount() - t)/getTickFrequency(); std::cout << "detection time [s]: " << t/1.0 << std::endl; // Извлечение особенностей t = (double)getTickCount(); extractor.compute(ImageTemple, keypointsImageTemple, descriptorsImageTemple); extractor.compute(Image, keypointsImage, descriptorsImage); t = ((double)getTickCount() - t)/getTickFrequency(); std::cout << "extraction time [s]: " << t << std::endl; // Сравнение t = (double)getTickCount(); matcher.match(descriptorsImageTemple, descriptorsImage, matches); t = ((double)getTickCount() - t)/getTickFrequency(); std::cout << "matching time [s]: " << t << std::endl; // Отобразить на изображении Mat imgMatch; drawMatches(ImageTemple, keypointsImageTemple, Image, keypointsImage, matches, imgMatch); imwrite("matches.jpeg", imgMatch); std::vectorObj; std::vectorScene; for(int i = 0; i < matches.size(); i++) { obj.push_back(keypointsImageTemple[ matches[i].queryIdx ].pt); scene.push_back(keypointsImage[ matches[i].trainIdx ].pt); } Mat H = findHomography(obj, scene, CV_RANSAC); std::vector Scene_corners(4); perspectiveTransform(obj_corners, scene_corners, H); //-- Draw lines between the corners (the mapped object in the scene - image_2) line(imgMatch, scene_corners + Point2f(ImageTemple.cols, 0), scene_corners + Point2f(ImageTemple.cols, 0), Scalar(0, 255, 0), 4); line(imgMatch, scene_corners + Point2f(ImageTemple.cols, 0), scene_corners + Point2f(ImageTemple.cols, 0), Scalar(0, 255, 0), 4); line(imgMatch, scene_corners + Point2f(ImageTemple.cols, 0), scene_corners + Point2f(ImageTemple.cols, 0), Scalar(0, 255, 0), 4); line(imgMatch, scene_corners + Point2f(ImageTemple.cols, 0), scene_corners + Point2f(ImageTemple.cols, 0), Scalar(0, 255, 0), 4); imwrite("matches3.jpeg", imgMatch); return 0; }

Для любых особенностей в OpenCV необходимо инициализировать класс SurfFeatureDetector. Первое действие после различных инициализаций – это детектирование особенностей detector.detect для эталонного изображения и изображения сцены. После чего для каждого изображения по результатам работы детектора вычисляются FREAK особенности: extractor.compute.
Сравнение схожести особенностей осуществляется с помощью matcher.match.
Далее присутствует цикл с формированием точек из особенностей для обоих изображений. На основании точек вычисляется гомография изображений findHomography. Положение и поворот объекта вычисляется с помощью функции perspectiveTransform. Ну а затем – вывод на изображение.
Эталонное изображение:

Изображение сцены:


Результат представлен вначале.
Однако здесь возникает вопрос, как рассчитывать оптимальный порог особенностей: SurfFeatureDetector detector(1000);. Ответ – экспериментально. Некоторую информацию по данному вопросу вы можете получить .
Предположим, что у нас на изображении несколько объектов:


Результат работы программы будет следующий:


Естественно, что такая ситуация не устраивает. Для того, чтобы детектировать все объекты, необходимо разделить изображение на несколько частей. Однако здесь следует помнить, что если изображение разделить на непересекающиеся блоки (пример изображение 100x100 разделить на 4 блока по 50x50), то может возникнуть ситуация, когда объект будет частично находиться в нескольких блоках и не будет детектирован. Для избегания этого необходимо делать пересекающиеся блоки, что несколько замедлит работу, но улучшит качество (пример изображение 100x100 разделить на 9 блоков по 50x50 так, как показано в примере). Пример программы детектирующий множество объектов ниже:
#include #include #include #include #include #include #include #include using namespace cv; int main(int argc, char** argv) { if(argc != 3) return 1; Mat ImageTemple = imread(argv, CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE); if(!ImageTemple.data) return 2; // Ошибка Mat Image = imread(argv, CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE); if(!Image.data) return 3; // Ошибка std::vector keypointsImageTemple; Mat descriptorsImageTemple; std::vector matches; // Инициалищация класса детектора особенностей, 1000 - пороговое значение для отсеивания // малозначимых особенностей SurfFeatureDetector detector(1000); detector.detect(ImageTemple, keypointsImageTemple); int maxy = 3; int maxx = 3; Mat Draw_mat = imread(argv, 1); for(int y = 0; y < maxy; y++) for(int x = 0; x < maxx; x++) { // Класс для FREAK особенностей. Можно настраивать режимы сравнения особенностей: // FREAK extractor(true, true, 22, 4, std::vector()); FREAK extractor; // Используется для определение совпадений особенностей - мера Хемминга BruteForceMatcher matcher; std::vector keypointsImage; Mat descriptorsImage; CvRect Rect = cvRect(x * (Image.cols / (maxx + 1)), y * (Image.rows / (maxy + 1)), 2 * (Image.cols / (maxx + 1)), 2 * (Image.rows / (maxy + 1))); Mat ImageROI(Image, Rect); detector.detect(ImageROI, keypointsImage); extractor.compute(ImageTemple, keypointsImageTemple, descriptorsImageTemple); extractor.compute(ImageROI, keypointsImage, descriptorsImage); matcher.match(descriptorsImageTemple, descriptorsImage, matches); // Отброс слишком расходящихся значений for (int i = 0; i < matches.size(); i++) { if(matches[i].distance > 150) { matches.erase (matches.begin() + i); } } std::vectorObj; std::vectorScene; for(int i = 0; i < matches.size(); i++) { obj.push_back(keypointsImageTemple[ matches[i].queryIdx ].pt); scene.push_back(keypointsImage[ matches[i].trainIdx ].pt); } Mat H = findHomography(obj, scene, CV_RANSAC); std::vectorObj_corners(4); obj_corners = cvPoint(0,0); obj_corners = cvPoint(ImageTemple.cols, 0); obj_corners = cvPoint(ImageTemple.cols, ImageTemple.rows); obj_corners = cvPoint(0, ImageTemple.rows); std::vectorScene_corners(4); perspectiveTransform(obj_corners, scene_corners, H); //-- Draw lines between the corners (the mapped object in the scene - image_2) line(Draw_mat, scene_corners + Point2f(x * (Image.cols / (maxx + 1)), y * (Image.rows / (maxy + 1))), scene_corners + Point2f(x * (Image.cols / (maxx + 1)), y * (Image.rows / (maxy + 1))), Scalar(0, 255, 0), 4); line(Draw_mat, scene_corners + Point2f(x * (Image.cols / (maxx + 1)), y * (Image.rows / (maxy + 1))), scene_corners + Point2f(x * (Image.cols / (maxx + 1)), y * (Image.rows / (maxy + 1))), Scalar(0, 255, 0), 4); line(Draw_mat, scene_corners + Point2f(x * (Image.cols / (maxx + 1)), y * (Image.rows / (maxy + 1))), scene_corners + Point2f(x * (Image.cols / (maxx + 1)), y * (Image.rows / (maxy + 1))), Scalar(0, 255, 0), 4); line(Draw_mat, scene_corners + Point2f(x * (Image.cols / (maxx + 1)), y * (Image.rows / (maxy + 1))), scene_corners + Point2f(x * (Image.cols / (maxx + 1)), y * (Image.rows / (maxy + 1))), Scalar(0, 255, 0), 4); } imwrite("draw_mat.jpeg", Draw_mat); return 0; }

Результат работы следующий:


Видно, что все объекты детектированы. Причем некоторые дважды (из-за того, что попали в два блока).

При решении задач компьютерного зрения не обойтись без использования специализированного софта. Хочу познакомить вас с таким - OpenCV - библиотека с открытым исходном кодом на C++. Обладает набором инструментов для оцифровки изображений, последующей обработки через численные алгоритмы или нейросеть.

Базовые алгоритмы обработки изображений: интерпретации изображений, калибровки камеры по эталону, устранение оптических искажений, определение сходства, анализ перемещения объекта, определение формы объекта и слежение за объектом, 3D-реконструкция, сегментация объекта, распознавание жестов.

Скачать библиотеку можно на официальном сайте http://sourceforge.net/projects/opencvlibrary/

Структура библиотеки OpenCV

cxcore - ядро
* содержит базовые структуры данных и алгоритмы:
- базовые операции над многомерными числовыми массивами
- матричная алгебра, математические ф-ции, генераторы случайных чисел
- Запись/восстановление структур данных в/из XML
- базовые функции 2D графики

CV - модуль обработки изображений и компьютерного зрения
- базовые операции над изображениями (фильтрация, геометрические преобразования, преобразование цветовых пространств и т. д.)
- анализ изображений (выбор отличительных признаков, морфология, поиск контуров, гистограммы)
- анализ движения, слежение за объектами
- обнаружение объектов, в частности лиц
- калибровка камер, элементы восстановления пространственной структуры

Highgui - модуль для ввода/вывода изображений и видео, создания пользовательского интерфейса
- захват видео с камер и из видео файлов, чтение/запись статических изображений.
- функции для организации простого UI (все демо приложения используют HighGUI)

Cvaux - экспериментальные и устаревшие функции
- пространств. зрение: стерео калибрация, само калибрация
- поиск стерео-соответствия, клики в графах
- нахождение и описание черт лица

CvCam - захват видео
- позволяет осуществлять захват видео с цифровых видео-камер (поддержка прекращена и в последних версиях этот модуль отсутствует)

Установка OpenCV под Linux

После скачивания последней версии OpenCV с сайта разработчика http://sourceforge.net/projects/opencvlibrary/ нужно распаковать архив и выполнить сборку через CMake версии 2.6 или выше.

Установка CMake выполняется стандартно:

Sudo apt-get install cmake

Для отображения окон OpenCV потребуется установить библиотеки GTK+ 2.x и libgtk2.0-dev

Apt-get install libgtk2.0-dev

Собираем библиотеку:

Tar -xjf OpenCV-2.2.0.tar.bz2 cd OpenCV-2.2.0 cmake -D CMAKE_BUILD_TYPE=RELEASE -D CMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local ./ make make install

Для тестирования установленной библиотеки можно собрать примеры и что-нибудь запустить:

Cd samples/c/ chmod +x build_all.sh ./build_all.sh ./delaunay

Если вместо тестовой картинки вы увидите ошибку "error while loading shared libraries: libopencv_core.so.2.2: cannot open shared object file: No such file or directory", то это значит, что программа не может найти библиотеки. Нужно явно указать путь до них:

$ export LD_LIBRARY_PATH=/usr/local/lib:$LD_LIBRARY_PATH

Если после этого опять ошибка:
OpenCV Error: Unspecified error (The function is not implemented. Rebuild the library with Windows, GTK+ 2.x or Carbon support. If you are on Ubuntu or Debian, install libgtk2.0-dev and pkg-config, then re-run cmake or configure script) in cvNamedWindow, file /usr/src/OpenCV-2.2.0/modules/highgui/src/window.cpp, line 274 terminate called after throwing an instance of "cv::Exception" what(): /usr/src/OpenCV-2.2.0/modules/highgui/src/window.cpp:274: error: (-2) The function is not implemented. Rebuild the library with Windows, GTK+ 2.x or Carbon support. If you are on Ubuntu or Debian, install libgtk2.0-dev and pkg-config, then re-run cmake or configure script in function cvNamedWindow
Значит вы забыли установить GTK+ 2.x: libgtk2.0-dev. Запустите установку (см. выше).

Когда установка завершена заголовочные файлы будут доступны в дирректории /usr/local/include/opencv , а библиотечные файлы лежат в /usr/local/lib

Соберем программу с OpenCV:

test.cpp

// // for testing // // robocraft.ru // #include #include #include #include int main(int argc, char* argv) { IplImage* image=0, *dst=0; // имя картинки char filename = "Image0.jpg"; // получаем картинку image = cvLoadImage(filename, 1); printf("[i] image: %s\n", filename); assert(image != 0); // покажем изображение cvNamedWindow("image"); cvShowImage("image", image); // ждём нажатия клавиши cvWaitKey(0); // освобождаем ресурсы cvReleaseImage(& image); cvReleaseImage(&dst); // удаляем окна cvDestroyAllWindows(); return 0; }

Makefile

CC:= g++ CFLAGS:= -I/usr/local/include/opencv -L/usr/local/lib OBJECTS:= LIBRARIES:= -lopencv_core -lopencv_imgproc -lopencv_highgui .PHONY: all clean all: test test: $(CC) $(CFLAGS) -o test test.cpp $(LIBRARIES) clean: rm -f *.o

Запуск сборки коммандой make.

Hello World!

OpenCV установлен и готов к работе. Напишем свое первое приложение Hello World!

#include #include int main(int argc, char** argv) { // задаём высоту и ширину картинки int height = 620; int width = 440; // задаём точку для вывода текста CvPoint pt = cvPoint(height/4, width/2); // Создаёи 8-битную, 3-канальную картинку IplImage* hw = cvCreateImage(cvSize(height, width), 8, 3); // заливаем картинку чёрным цветом cvSet(hw,cvScalar(0,0,0)); // инициализация шрифта CvFont font; cvInitFont(&font, CV_FONT_HERSHEY_COMPLEX,1.0, 1.0, 0, 1, CV_AA); // используя шрифт выводим на картинку текст cvPutText(hw, "OpenCV Step By Step", pt, &font, CV_RGB(150, 0, 150)); // создаём окошко cvNamedWindow("Hello World", 0); // показываем картинку в созданном окне cvShowImage("Hello World", hw); // ждём нажатия клавиши cvWaitKey(0); // освобождаем ресурсы cvReleaseImage(&hw); cvDestroyWindow("Hello World"); return 0; }

Загрузка изображения

Данный пример будет основой всех ваших программ на OpenCV. Мы загрузим в среду изображение из файла Image0.jpg

#include #include #include #include IplImage* image = 0; IplImage* src = 0; int main(int argc, char* argv) { // имя картинки задаётся первым параметром char* filename = argc == 2 ? argv : "Image0.jpg"; // получаем картинку image = cvLoadImage(filename,1); // клонируем картинку src = cvCloneImage(image); printf("[i] image: %s\n", filename); assert(src != 0); // окно для отображения картинки cvNamedWindow("original",CV_WINDOW_AUTOSIZE); // показываем картинку cvShowImage("original",image); // выводим в консоль информацию о картинке printf("[i] channels: %d\n", image->nChannels); printf("[i] pixel depth: %d bits\n", image->depth); printf("[i] width: %d pixels\n", image->width); printf("[i] height: %d pixels\n", image->height); printf("[i] image size: %d bytes\n", image->imageSize); printf("[i] width step: %d bytes\n", image->widthStep); // ждём нажатия клавиши cvWaitKey(0); // освобождаем ресурсы cvReleaseImage(& image); cvReleaseImage(&src); // удаляем окно cvDestroyWindow("original"); return 0; }

Поддерживаемые типы форматов изображений:

• Windows bitmaps - BMP, DIB
• JPEG files - JPEG, JPG, JPE
• Portable Network Graphics - PNG
• Portable image format - PBM, PGM, PPM
• Sun rasters - SR, RAS
• TIFF files - TIFF, TIF

Для обращения к изображению можно делать такие вызовы:

Image->nChannels // число каналов картинки (RGB, хотя в OpenCV - BGR) (1-4) image->depth // глубина в битах image->width // ширина картинки в пикселях image->height // высота картинки в пикселях image->imageSize // память занимаемая картинкой (==image->height*image->widthStep) image->widthStep // расстояние между соседними по вертикали точками изображения (число байт в одной строчке картинки - может потребоваться для самостоятельного обхода всех пикселей изображения)

Загрузка видео

Загрузка видео не на много сложнее, чем загрузка изображения за тем исключением, что будет цикл, который перебирает кадры.
Задержка между кадрами задана в 33 миллисекунды т.к. такая задержка позволяет обрабатывать видеопоток с стандартной частотой 30 кадров в секунду.

#include #include #include #include IplImage* frame =0; int main(int argc, char* argv) { // имя файла задаётся первым параметром char* filename = argc == 2 ? argv : "test.avi"; printf("[i] file: %s\n", filename); // окно для отображения картинки cvNamedWindow("original",CV_WINDOW_AUTOSIZE); // получаем информацию о видео-файле CvCapture* capture = cvCreateFileCapture(filename); while(1){ // получаем следующий кадр frame = cvQueryFrame(capture); if(!frame) { break; } // здесь можно вставить // процедуру обработки // показываем кадр cvShowImage("original", frame); char c = cvWaitKey(33); if (c == 27) { // если нажата ESC - выходим break; } } // освобождаем ресурсы cvReleaseCapture(&capture); // удаляем окно cvDestroyWindow("original"); return 0; }

Для захвата видео с камеры нужно немного модифицировать код - вместо функции cvCreateFileCapture() будет использоваться cvCreateCameraCapture(). При нажатии ESC воспроизведение прервется и окно закроется, а при нажатии Enter текущий кадр сохранится в jpg файл.

#include #include #include #include int main(int argc, char* argv) { // получаем любую подключённую камеру CvCapture* capture = cvCreateCameraCapture(CV_CAP_ANY); //cvCaptureFromCAM(0); assert(capture); //cvSetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 640);//1280); //cvSetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 480);//960); // узнаем ширину и высоту кадра double width = cvGetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_FRAME_WIDTH); double height = cvGetCaptureProperty(capture, CV_CAP_PROP_FRAME_HEIGHT); printf("[i] %.0f x %.0f\n", width, height); IplImage* frame=0; cvNamedWindow("capture", CV_WINDOW_AUTOSIZE); printf("[i] press Enter for capture image and Esc for quit!\n\n"); int counter=0; char filename; while(true){ // получаем кадр frame = cvQueryFrame(capture); // показываем cvShowImage("capture", frame); char c = cvWaitKey(33); if (c == 27) { // нажата ESC break; } else if(c == 13) { // Enter // сохраняем кадр в файл sprintf(filename, "Image%d.jpg", counter); printf("[i] capture... %s\n", filename); cvSaveImage(filename, frame); counter++; } } // освобождаем ресурсы cvReleaseCapture(&capture); cvDestroyWindow("capture"); return 0; }

OpenCV v1.0 показывает и сохраняет картинку минимального разрешения камеры 320x240.

Распознавание объектов по шаблону

Для распознавание областей на исходном изображении по шаблону существует функция cvMatchTemplate(). Функция накладывает шаблон изображения на текущее изображение и согласно выбранному алгоритму выполняет поиск корреляции между ними. Определение границ найденного шаблона на исходном изображении выполняется функцией cvMinMaxLoc, а для нормализации алгоритма поиска cvNormalize().

// // пример cvMatchTemplate() // сравнение изображение с шаблоном // #include #include #include #include IplImage* image = 0; IplImage* templ = 0; int main(int argc, char* argv) { // имя картинки задаётся первым параметром char* filename = argc >= 2 ? argv : "Image0.jpg"; // получаем картинку image = cvLoadImage(filename,1); printf("[i] image: %s\n", filename); assert(image != 0); // шаблон char* filename2 = argc >= 3 ? argv : "eye.jpg"; printf("[i] template: %s\n", filename2); templ = cvLoadImage(filename2,1); assert(templ != 0); cvNamedWindow("origianl", CV_WINDOW_AUTOSIZE); cvNamedWindow("template", CV_WINDOW_AUTOSIZE); cvNamedWindow("Match", CV_WINDOW_AUTOSIZE); cvNamedWindow("res", CV_WINDOW_AUTOSIZE); // размер шаблона int width = templ->width; int height = templ->height; // оригинал и шаблон cvShowImage("origianl", image); cvShowImage("template", templ); // изображение для хранения результата сравнения // размер результата: если image WxH и templ wxh, то result = (W-w+1)x(H-h+1) IplImage *res = cvCreateImage(cvSize((image->width-templ->width+1), (image->height-templ->height+1)), IPL_DEPTH_32F, 1); // сравнение изображения с шаблоном cvMatchTemplate(image, templ, res, CV_TM_SQDIFF); // покажем что получили cvShowImage("res", res); // определение лучшее положение для сравнения // (поиск минимумов и максимумов на изображении) double minval, maxval; CvPoint minloc, maxloc; cvMinMaxLoc(res, &minval, &maxval, &minloc, &maxloc, 0); // нормализуем cvNormalize(res,res,1,0,CV_MINMAX); cvNamedWindow("res norm", CV_WINDOW_AUTOSIZE); cvShowImage("res norm", res); // выделим область прямоугольником cvRectangle(image, cvPoint(minloc.x, minloc.y), cvPoint(minloc.x+templ->width-1, minloc.y+templ->height-1), CV_RGB(255, 0, 0), 1, 8); // показываем изображение cvShowImage("Match", image); // ждём нажатия клавиши cvWaitKey(0); // освобождаем ресурсы cvReleaseImage(&image); cvReleaseImage(&templ); cvReleaseImage(&res); cvDestroyAllWindows(); return 0; }

Из этой статьи вы узнаете, как создать Python-скрипт для подсчёта количества книг на изображении с помощью OpenCV .

Что мы будем делать?

Взглянем на изображение, на котором будем искать книги:

Мы видим, что на изображении находятся четыре книги, а также отвлекающие вещи, такие как кружка кофе, чашка Starbucks, несколько магнитов и конфета.

Наша цель заключается в том, чтобы найти четыре книги на изображении, при этом не определив никакой другой предмет как книгу.

Какие библиотеки нам понадобятся?

Чтобы написать систему для поиска и обнаружения книг на изображениях, мы будем использовать OpenCV для работы с компьютерным зрением и обработки изображений. Нам также необходимо установить NumPy для корректной работы OpenCV. Убедитесь, что у вас установлены эти библиотеки!

Поиск книг на изображениях с помощью Python и OpenCV

Прим. перев. Вы можете заметить, что исходный код в нашей статье отличается от кода в оригинале. Автор, вероятно, использовал установку необходимых библиотек через репозитории. Мы предлагаем использовать pip, что гораздо проще. Во избежание появления ошибок рекомендуем использовать версию кода, приведенную в нашей статье.

Откройте свой любимый редактор кода, создайте новый файл с именем find_books.py и начнем:

# -*- coding: utf-8 -*- # импортируйте необходимые пакеты import numpy as np import cv2 # загрузите изображение, смените цвет на оттенки серого и уменьшите резкость image = cv2.imread("example.jpg") gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY) gray = cv2.GaussianBlur(gray, (3, 3), 0) cv2.imwrite("gray.jpg", gray)

Начнем с импорта библиотеки OpenCV. Загрузка изображения с диска обрабатывается функцией cv2.imread . Здесь мы просто загружаем его с диска, а затем преобразуем цветовую гамму из RGB в оттенки серого.

Мы также немного размываем изображение, чтобы уменьшить высокочастотные шумы и повысить точность нашего приложения. После выполнения кода изображение должно выглядеть так:

Мы загрузили изображение с диска, преобразовали его в оттенки серого и немного размыли.

Теперь давайте определим края (т.е. контуры) объектов на изображении:

# распознавание контуров edged = cv2.Canny(gray, 10, 250) cv2.imwrite("edged.jpg", edged)

Теперь наше изображение выглядит следующим образом:

Мы нашли контуры объектов на изображениях. Однако, как вы видите, некоторые из контуров не закрыты - между контурами существуют промежутки. Чтобы убрать промежутки между белыми пикселями изображения, мы применим операцию «закрытия»:

# создайте и примените закрытие kernel = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_RECT, (7, 7)) closed = cv2.morphologyEx(edged, cv2.MORPH_CLOSE, kernel) cv2.imwrite("closed.jpg", closed)

Теперь пробелы в контурах закрыты:

Следующим шагом является фактическое обнаружение контуров объектов на изображении. Для этого мы будем использовать функцию cv2.findContours:

# найдите контуры в изображении и подсчитайте количество книг cnts = cv2.findContours(closed.copy(), cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE) total = 0

Рассмотрим геометрию книги.

Книга представляет собой прямоугольник. У прямоугольника четыре вершины. Поэтому, если мы рассмотрим контур и обнаружим, что он имеет четыре вершины, то мы можем предположить, что это книга, а не другой предмет на изображении.

Чтобы проверить, является ли контур книгой или нет, нам нужно выполнить цикл по каждому контуру:

# цикл по контурам for c in cnts: # аппроксимируем (сглаживаем) контур peri = cv2.arcLength(c, True) approx = cv2.approxPolyDP(c, 0.02 * peri, True) # если у контура 4 вершины, предполагаем, что это книга if len(approx) == 4: cv2.drawContours(image, , -1, (0, 255, 0), 4) total += 1

Для каждого из контуров мы вычисляем периметр, используя cv2.arcLength , а затем аппроксимируем (сглаживаем) контур, используя cv2.approxPolyDP .

Причина, по которой мы аппроксимируем контур, заключается в том, что он может не быть идеальным прямоугольником. Из-за зашумления и теней на фото вероятность того, что у книги будет ровно 4 вершины, невелика. Аппроксимируя контур, мы решаем эту проблему.

Наконец, мы проверяем, что у аппроксимируемого контура действительно четыре вершины. Если это так, то мы рисуем контур вокруг книги, а затем увеличиваем счётчик общего количества книг.

Завершим этот пример, показывая полученное изображение и количество найденных книг:

# показываем результирующее изображение print("Я нашёл {0} книг на этой картинке".format(total) cv2.imwrite("output.jpg", image))

На данном этапе наше изображение будет выглядеть так:

Подведем итоги

В этой статье вы научились находить книги на изображениях, используя простые методы обработки изображений и компьютерного зрения с помощью Python и OpenCV.

Наш подход состоял в том, чтобы:

1. Загрузить изображение с диска и преобразовать его в оттенки серого.
2. Немного размыть изображение.
3. Применить детектор контуров Canny для обнаружения объектов на изображении.
4. Закрыть любые промежутки в контурах.
5. Найти контуры объектов на изображении.
6. Применить контурную аппроксимацию, чтобы определить, был ли контур прямоугольником и, следовательно, книгой.

Вы можете скачать исходный код скрипта и изображение, которое используется в этой статье.

Ну, в основном вам нужно обнаружить круги . Вы видели cvHoughCircles() ? Разрешено ли вам это использовать?

На этой странице есть хорошая информация о том, как обнаружить вещи с помощью OpenCV . Вас может заинтересовать раздел 2.5 .

Это небольшая демонстрация, которую я только что написал, чтобы обнаружить монеты на этой картинке. Надеюсь, вы можете использовать часть кода в своих интересах.

Вход :

Выходы :

// compiled with: g++ circles.cpp -o circles `pkg-config --cflags --libs opencv` #include #include #include #include int main(int argc, char** argv) { IplImage* img = NULL; if ((img = cvLoadImage(argv))== 0) { printf("cvLoadImage failed\n"); } IplImage* gray = cvCreateImage(cvGetSize(img), IPL_DEPTH_8U, 1); CvMemStorage* storage = cvCreateMemStorage(0); cvCvtColor(img, gray, CV_BGR2GRAY); // This is done so as to prevent a lot of false circles from being detected cvSmooth(gray, gray, CV_GAUSSIAN, 7, 7); IplImage* canny = cvCreateImage(cvGetSize(img),IPL_DEPTH_8U,1); IplImage* rgbcanny = cvCreateImage(cvGetSize(img),IPL_DEPTH_8U,3); cvCanny(gray, canny, 50, 100, 3); CvSeq* circles = cvHoughCircles(gray, storage, CV_HOUGH_GRADIENT, 1, gray->height/3, 250, 100); cvCvtColor(canny, rgbcanny, CV_GRAY2BGR); for (size_t i = 0; i < circles->total; i++) { // round the floats to an int float* p = (float*)cvGetSeqElem(circles, i); cv::Point center(cvRound(p), cvRound(p)); int radius = cvRound(p); // draw the circle center cvCircle(rgbcanny, center, 3, CV_RGB(0,255,0), -1, 8, 0); // draw the circle outline cvCircle(rgbcanny, center, radius+1, CV_RGB(0,0,255), 2, 8, 0); printf("x: %d y: %d r: %d\n",center.x,center.y, radius); } cvNamedWindow("circles", 1); cvShowImage("circles", rgbcanny); cvSaveImage("out.png", rgbcanny); cvWaitKey(0); return 0; }

Обнаружение кругов сильно зависит от параметров cvHoughCircles() . Обратите внимание, что в этой демонстрации я также использовал Canny.

Я должен закодировать детектор объекта (в данном случае шарик) с помощью OpenCV. Проблема в том, что каждый поиск в google возвращает мне что-то с FACE DETECTION. Поэтому мне нужна помощь в том, с чего начать, что использовать и т. Д.

Некоторая информация:

• Мяч не имеет фиксированного цвета, он, вероятно, будет белым, но он может измениться.
• Я должен использовать машинное обучение, не обязательно быть сложным и надежным, предложение KNN (это проще и проще).
• После всего моего поиска я обнаружил, что вычисление гистограммы образцов только для шаров и обучение его ML может быть полезным, но моя главная забота здесь в том, что размер шара может и изменится (ближе и дальше от камеры) и я понятия не имею, что передать ML, чтобы классифицировать для меня, я имею в виду.. я не могу (или я могу?) просто проверить каждый пиксель изображения для каждого возможного размера (от, скажем, от 5x5 до WxH) и надеемся найти положительный результат.
• Там может быть неравномерный фон, например, люди, ткань за мячом и т. Д.
• Как я уже сказал, мне нужно использовать алгоритм ML, что означает отсутствие алгоритмов Хаара или Виолы.

Кроме того, я думал об использовании контуров, чтобы найти круги на изображении Canny"ed, просто нужно найти способ преобразования контура в строку данных для обучения KNN.

Итак... предложения?

Заранее спасибо. ;)