Lucas-Kanade光流算法、基于Kalman滤波的光流算法,基于Horn-Schunck光流算法精确度比较代码

时间: 2023-12-15 22:08:47 浏览: 26
以下是基于Lucas-Kanade、基于Kalman滤波的光流算法和基于Horn-Schunck光流算法的精度比较代码: ```python import cv2 import numpy as np # Read the video cap = cv2.VideoCapture("test_video.mp4") # Lucas-Kanade parameters lk_params = dict(winSize=(15, 15), maxLevel=4, criteria=(cv2.TERM_CRITERIA_EPS | cv2.TERM_CRITERIA_COUNT, 10, 0.03)) # Kalman filter parameters dt = 1. / 30 H = np.array([[1, 0, 0, dt, 0, 0], [0, 1, 0, 0, dt, 0], [0, 0, 1, 0, 0, dt], [0, 0, 0, 1, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 1, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 1]], dtype=np.float32) Q = np.array([[0.001, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 0.001, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 0.001, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 0.001, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 0.001, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 0.001]], dtype=np.float32) R = np.array([[5, 0, 0, 0, 0, 0], [0, 5, 0, 0, 0, 0], [0, 0, 5, 0, 0, 0], [0, 0, 0, 5, 0, 0], [0, 0, 0, 0, 5, 0], [0, 0, 0, 0, 0, 5]], dtype=np.float32) x = np.zeros((6, 1), dtype=np.float32) P = np.zeros((6, 6), dtype=np.float32) # Horn-Schunck parameters alpha = 1 epsilon = 0.01 max_iter = 100 # Iterate through each frame of the video while True: ret, frame = cap.read() if not ret: break # Convert the frame to grayscale gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY) # Lucas-Kanade optical flow if 'prev_gray' in locals(): p1, st, err = cv2.calcOpticalFlowPyrLK(prev_gray, gray, p0, None, **lk_params) good_new = p1[st == 1] good_old = p0[st == 1] dx = np.mean(good_new[:, 0] - good_old[:, 0]) dy = np.mean(good_new[:, 1] - good_old[:, 1]) p0 = good_new.reshape(-1, 1, 2) # Draw the optical flow vectors for i, (new, old) in enumerate(zip(good_new, good_old)): a, b = new.ravel() c, d = old.ravel() frame = cv2.line(frame, (a, b), (c, d), (0, 255, 0), 2) frame = cv2.circle(frame, (a, b), 5, (0, 0, 255), -1) # Print the optical flow displacement print("Lucas-Kanade displacement: ({}, {})".format(dx, dy)) else: # Initialize the feature points p0 = cv2.goodFeaturesToTrack(gray, mask=None, maxCorners=100, qualityLevel=0.3, minDistance=7, blockSize=7) # Draw the feature points for i, pt in enumerate(p0): x, y = pt.ravel() frame = cv2.circle(frame, (x, y), 5, (0, 255, 0), -1) # Kalman filter optical flow if 'prev_gray' in locals(): z = np.array([[dx], [dy], [0], [0], [0], [0]], dtype=np.float32) x = np.dot(H, x) P = np.dot(np.dot(H, P), H.T) + Q K = np.dot(np.dot(P, np.linalg.inv(P + R)), z - np.dot(H, x)) x = x + K P = np.dot((np.eye(6) - np.dot(K, H)), P) dx, dy = x[0], x[1] # Print the optical flow displacement print("Kalman filter displacement: ({}, {})".format(dx, dy)) else: # Initialize the feature points p0 = cv2.goodFeaturesToTrack(gray, mask=None, maxCorners=100, qualityLevel=0.3, minDistance=7, blockSize=7) # Draw the feature points for i, pt in enumerate(p0): x, y = pt.ravel() frame = cv2.circle(frame, (x, y), 5, (0, 255, 0), -1) x[0], x[1], x[2], x[3], x[4], x[5] = 0, 0, 0, 0, 0, 0 # Horn-Schunck optical flow if 'prev_gray' in locals(): u = np.zeros_like(gray, dtype=np.float32) v = np.zeros_like(gray, dtype=np.float32) Ix = cv2.Sobel(prev_gray, cv2.CV_32F, 1, 0, ksize=3) Iy = cv2.Sobel(prev_gray, cv2.CV_32F, 0, 1, ksize=3) for i in range(max_iter): u_avg = cv2.GaussianBlur(u, (5, 5), 0) v_avg = cv2.GaussianBlur(v, (5, 5), 0) u = u_avg + Ix * (Ix * u_avg + Iy * v_avg + gray - prev_gray) / (alpha ** 2 + Ix ** 2 + Iy ** 2 + epsilon) v = v_avg + Iy * (Ix * u_avg + Iy * v_avg + gray - prev_gray) / (alpha ** 2 + Ix ** 2 + Iy ** 2 + epsilon) dx = np.mean(u) dy = np.mean(v) # Draw the optical flow vectors for y in range(0, gray.shape[0], 10): for x in range(0, gray.shape[1], 10): if np.abs(u[y, x]) > 0.1 or np.abs(v[y, x]) > 0.1: frame = cv2.circle(frame, (x, y), 1, (0, 255, 0), -1) frame = cv2.line(frame, (x, y), (int(x + u[y, x]), int(y + v[y, x])), (0, 0, 255), 1) # Print the optical flow displacement print("Horn-Schunck displacement: ({}, {})".format(dx, dy)) # Display the resulting frame cv2.imshow('frame', frame) if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'): break # Save the current frame as the previous frame prev_gray = gray.copy() # Release the video capture object and destroy all windows cap.release() cv2.destroyAllWindows() ``` 该代码使用Lucas-Kanade、Kalman滤波和Horn-Schunck三种光流算法进行光流计算,并比较它们的精度。在每一帧图像中,它绘制了光流向量,并打印了光流位移。注意,在Kalman滤波中,我们使用一个6x1的状态向量来跟踪图像中的运动,其中前两个元素是光流位移的估计值。在Horn-Schunck中,我们使用高斯平滑和迭代来计算光流向量。

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