OpenCV4入门88:视频直方图

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//---------------------------------【头文件、命名空间包含部分】-----------------------------
// 描述:包含程序所使用的头文件和命名空间
//-------------------------------------------------------------------------------------------------
#include <iostream>
#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
#include <stdio.h>
using namespace cv;
using namespace std;

//-----------------------------------【全局变量声明部分】---------------------------------------
// 描述:声明全局变量
//---------------------------------------------------------------------------------------------------
int nFrame_num = 0;
bool pause = false;
bool tracking = false;
Rect preselectROI, selectROI; //用于存放手选的矩形
bool comp = true;

Mat rhist, ghist, bhist;
int channels[] = {0, 1, 2};
// const int histsize[]={256,256,256};
const int histsize[] = {16, 16, 16};
const int histsize1 = 16;
float rranges[] = {0, 255};
float granges[] = {0, 255};
float branges[] = {0, 255};
float range[] = {0, 255};
const float *ranges1 = {range}; //这里的ranges就相当于一个双指针了
const float *ranges[] = {
rranges, granges,
branges}; // ranges是个双指针,且前面一定要用const,即不可改变常量,提高程序的可读性和稳健性
// const float *ranges[]={{0,255},{0,255},{0,255}};

//-----------------------------------【onMouse( )函数】--------------------------------------
// 描述:鼠标回调函数
//-------------------------------------------------------------------------------------------------
void onMouse(int event, int x, int y, int, void *) {
if (event == cv::EVENT_LBUTTONDOWN) {
selectROI.x = x;
selectROI.y = y;
tracking = false;
} else if (event == cv::EVENT_LBUTTONUP) {
selectROI.width = x - selectROI.x;
selectROI.height = y - selectROI.y;
tracking = true;
comp = true;
nFrame_num++; //选定后才算真正意义上的第一帧
if (nFrame_num >= 10)
nFrame_num = 10; //防止nFrame_num溢出
}
}

//-----------------------------------【main( )函数】--------------------------------------------
// 描述:控制台应用程序的入口函数,我们的程序从这里开始
//-------------------------------------------------------------------------------------------------
int main(int argc, const char *argv[]) {
Mat frame, img;
Mat staRoiHist;
MatND RoiHist;
int DRAW_H = 400, DRAW_W = 400;
Mat draw(DRAW_W, DRAW_H, CV_8UC3, Scalar(0, 0, 0)); //建立一个显示直方图的图片,背景为纯黑色
int DRAW_BIN_W = cvRound(DRAW_W / histsize1);

//打开摄像头
VideoCapture cam(0);
if (!cam.isOpened())
return -1;

cout << "\n\n\n\n\t程序运行成功,请用鼠标在窗口中两次框选需要计算直方图的区域。" << endl;
//鼠标捕捉
namedWindow("camera", 1);
namedWindow("rgb_hist", 1);
setMouseCallback("camera", onMouse,
0); //这里用的是面向对象的思想,只要有鼠标动作就会调用鼠标响应函数

while (1) {
if (!pause) //暂停按钮只需控制视频的读取
{
cam >> frame;
if (frame.empty())
break; // break此处跳出的是while语句,一般是跳出for或while语句,不要理解为跳出if语句
}

if (tracking) {
Mat RoiImage(frame, selectROI);

//-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// calcHist():计算图像块的直方图矩阵
// calcHist(),第1个参数为原数组区域列表;第二个参数为有计算几个原数组;参数3为需要统计的通道索引数;参数4为操作掩码
// 第5个参数为存放目标直方图矩阵;参数6为需要计算的直方图的维数;参数7为每一维的bin的个数;参数8为每一维数值的取值范围
// 参数10为每个bin的大小是否相同的标志,默认为1,即bin的大小都相同;参数11为直方图建立时清除内存痕迹标志,默认为0,即清除
//-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
calcHist(&RoiImage, 1, channels, Mat(), RoiHist, 3, histsize,
ranges); //原数组区域RoiImage,1个源,需要统计的通道索引为{0,1,2},
//目标直方图RoiHist,3维,每一维的bin数histsize,取值范围为
// ranges,实际上计算出的目标矩阵类似一维矩阵。

//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// normalize():根据某种范数或者数值范围归一化数组
// normalize(),参数1表示需要归一化的数组;参数2为归一化后的目的数组;参数3表示输出数值的最小值/最大值或者输出数值的范数;
// 参数4表示输出数值的最小值/最大值;参数5表示归一化数组使用的归一化类型,默认值为使用L2范数;参数6为对应元素的掩膜矩阵
// 默认值为空,即不采用掩膜操作
//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
normalize(RoiHist, RoiHist); //使用L2范数将RoiHist直方图原地归一化

vector<Mat> rgb_planes; //这里的vector为向量,向量的数据类型为Mat结构体,向量的长度为3
split(RoiImage, rgb_planes); //将rgb图分解到rgb_planes各个分量中
calcHist(&rgb_planes[ 0 ], 1, 0, Mat(), rhist, 1, &histsize1, &ranges1);
normalize(rhist, rhist, 0, DRAW_H, NORM_MINMAX); //进行最大最小值归一化
calcHist(&rgb_planes[ 1 ], 1, 0, Mat(), ghist, 1, &histsize1, &ranges1);
normalize(ghist, ghist, 0, DRAW_H, NORM_MINMAX);
calcHist(&rgb_planes[ 2 ], 1, 0, Mat(), bhist, 1, &histsize1, &ranges1);
normalize(bhist, bhist, 0, DRAW_H, NORM_MINMAX);
if (nFrame_num == 1) {
// preselectROI=selectROI;
preselectROI.x = selectROI.x;
preselectROI.y = selectROI.y;
preselectROI.width = selectROI.width;
preselectROI.height = selectROI.height;
staRoiHist = RoiHist.clone(); //第一次选定目标,作为标准模板目标
} else if (nFrame_num > 1 && comp == true) {
//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// compareHist():比较2个直方图的相似度
// compareHist(),参数1为比较相似度的直方图1;参数2为比较相似度的直方图2;参数3为相似度的计算方式。有四种,
// 分别为CV_COMP_CORREL,CV_COMP_CHISQR,CV_COMP_INTERSECT,CV_COMP_BHATTACHARYYA
//---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
double distence = compareHist(
staRoiHist, RoiHist,
cv::COMP_INTERSECT); //计算后面选定的与这次选定的相似度,使用INTERSECT,值越大越相似
printf("\n\t>与第1次选定的图像区域相似度为:%f\n", distence); //数组越大,相似度越大

//显示直方图
for (int i = 1; i < histsize1; i++) {
//画直线中要注意2点,因为图片的原点在左上角,而直方图坐标系的原点在左下角,所以高度值都需要被直方图图纸高度减掉,另外取一维直方图时只能用at运算符
line(draw,
Point(DRAW_BIN_W * (i - 1), DRAW_H - cvRound(rhist.at<float>((i - 1)))),
Point(DRAW_BIN_W * (i), DRAW_H - cvRound(rhist.at<float>(i))),
Scalar(255, 0, 0), 2, 8, 0);
line(draw,
Point(DRAW_BIN_W * (i - 1), DRAW_H - cvRound(ghist.at<float>((i - 1)))),
Point(DRAW_BIN_W * (i), DRAW_H - cvRound(ghist.at<float>(i))),
Scalar(0, 255, 0), 2, 8, 0);
line(draw,
Point(DRAW_BIN_W * (i - 1), DRAW_H - cvRound(bhist.at<float>((i - 1)))),
Point(DRAW_BIN_W * (i), DRAW_H - cvRound(bhist.at<float>(i))),
Scalar(0, 0, 255), 2, 8, 0);
}
imshow("rgb_hist", draw);
draw = Mat::zeros(DRAW_W, DRAW_H, CV_8UC3); //每画完一次直方图后都进行一次清0操作
comp = false;
}
rectangle(frame, selectROI, Scalar(0, 255, 0), 2, 8); //手动选定一次就显示一次
} // end tracking
rectangle(frame, preselectROI, Scalar(0, 0, 255), 5, 8); //初始的选定目标一直不变
imshow("camera", frame);

//键盘响应
char c = (char)waitKey(10);
if (c == 27)
break;
switch (c) {
case 'p': //暂停键
pause = !pause;
break;
default:;
}
} // end while;
return 0;
}