Python实现简单的”导弹” 自动追踪原理解析

yizhihongxing

Python实现简单的"导弹"自动追踪原理解析

前言

本文介绍如何使用Python实现一个简单的"导弹"自动追踪功能。该功能主要包括两个部分,首先是识别并实时跟踪目标的位置;其次是对目标进行自动追踪。本文将分别介绍二者的实现过程。

识别目标位置

获取视频流

首先需要获取视频流,并将其转换为一系列帧。这可以通过使用OpenCV库来实现。

import cv2

# Open the camera
cap = cv2.VideoCapture(0)

while True:
    # Read the current frame
    ret, frame = cap.read()

    # Display the frame
    cv2.imshow('frame', frame)

    # Press 'q' to exit
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

# Release the camera and close all windows
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

在获取视频流后,我们需要对每一帧进行处理。具体来说,我们需要将每一帧图像转换为灰度图像,这样可以简化后续操作,并提高程序处理速度。

import cv2

# Open the camera
cap = cv2.VideoCapture(0)

while True:
    # Read the current frame
    ret, frame = cap.read()

    # Convert the frame to grayscale
    gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # Display the frame
    cv2.imshow('frame', gray)

    # Press 'q' to exit
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

# Release the camera and close all windows
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

目标检测

有了灰度图像后,我们就可以对图片进行目标检测。其中最常用的目标检测算法是Haar特征级联分类器。简单来说,这个算法就是通过比较已知的正样本和负样本特征来进行目标检测的。

下面是一个检测人脸的例子。需要先下载一个训练好的分类器文件(haarcascade_frontalface_default.xml),并与代码放在同一目录中。

import cv2

# Load the classifier
face_cascade = cv2.CascadeClassifier('haarcascade_frontalface_default.xml')

# Open the camera
cap = cv2.VideoCapture(0)

while True:
    # Read the current frame
    ret, frame = cap.read()

    # Convert the frame to grayscale
    gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # Detect faces in the frame
    faces = face_cascade.detectMultiScale(gray, 1.3, 5)

    # Draw rectangles around the faces
    for (x,y,w,h) in faces:
        cv2.rectangle(frame,(x,y),(x+w,y+h),(255,0,0),2)

    # Display the frame
    cv2.imshow('frame', frame)

    # Press 'q' to exit
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

# Release the camera and close all windows
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

实现目标追踪

基于特征匹配的追踪

一种简单的目标追踪方法是通过特征匹配来实现。具体来说,我们首先提取出目标图像的特征,然后在以后的帧中找到与目标相似的特征点,这些点的坐标即为目标的位置。

下面是一个基于ORB算法的特征匹配实现。需要在OpenCV中安装contrib库。

import cv2
import numpy as np

# Create ORB object
orb = cv2.ORB_create()

# Initialize the matcher
bf = cv2.BFMatcher(cv2.NORM_HAMMING, crossCheck=True)

# Open the camera
cap = cv2.VideoCapture(0)

# Load the target image
target = cv2.imread('target.jpg', 0)
target_kp, target_des = orb.detectAndCompute(target, None)

while True:
    # Read the current frame
    ret, frame = cap.read()

    # Convert the frame to grayscale
    gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # Detect keypoints and descriptors in the current frame
    kp, des = orb.detectAndCompute(gray, None)

    # Match the descriptors with the target descriptors
    matches = bf.match(target_des, des)

    # Sort the matches by distance (good ones first) and keep the top N
    matches = sorted(matches, key=lambda x:x.distance)
    matches = matches[:10]

    # Draw the matches
    img_matches = cv2.drawMatches(target, target_kp, gray, kp, matches, None)

    # Get the location of the target in the frame
    target_pts = np.float32([ target_kp[m.queryIdx].pt for m in matches ]).reshape(-1,1,2)
    current_pts = np.float32([ kp[m.trainIdx].pt for m in matches ]).reshape(-1,1,2)

    # Compute the perspective transform between the target and the current frame
    M, mask = cv2.findHomography(target_pts, current_pts, cv2.RANSAC, 5.0)

    # Get the corners of the target in the current frame
    h,w = target.shape
    target_corners = np.float32([ [0,0], [0,h-1], [w-1,h-1], [w-1,0] ]).reshape(-1,1,2)
    current_corners = cv2.perspectiveTransform(target_corners, M)

    # Draw the bounding box around the target
    frame = cv2.polylines(frame, [np.int32(current_corners)], True, (255,0,0), 2)

    # Display the frame
    cv2.imshow('frame', img_matches)

    # Press 'q' to exit
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

# Release the camera and close all windows
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

基于光流的追踪

另一种常用的目标追踪方法是基于光流的追踪。光流是指图像中像素随着时间的变化所形成的矢量场。通过跟踪这些矢量,我们可以大致得出物体在图像平面上的运动状态。

下面是一个基于Lucas-Kanade算法的光流追踪实现。

import cv2
import numpy as np

# Open the camera
cap = cv2.VideoCapture(0)

# Create some random colors
color = np.random.randint(0, 255, (100,3))

# Take the first frame
ret, old_frame = cap.read()
old_gray = cv2.cvtColor(old_frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

# Create a mask image for drawing purposes
mask = np.zeros_like(old_frame)

# Set the ROI for tracking
x,y,w,h = 300,200,100,50
track_window = (x,y,w,h)

# Set up the ROI for tracking
roi = old_gray[y:y+h, x:x+w]
hsv_roi = cv2.cvtColor(old_frame, cv2.COLOR_BGR2HSV)
mask_roi = cv2.inRange(hsv_roi, np.array((0., 60.,32.)), np.array((180.,255.,255.)))
hist = cv2.calcHist([hsv_roi],[0],mask_roi,[180],[0,180])
cv2.normalize(hist,hist,0,255,cv2.NORM_MINMAX)
term_crit = ( cv2.TERM_CRITERIA_EPS | cv2.TERM_CRITERIA_COUNT, 10, 1 )

while True:
    # Read the current frame
    ret, frame = cap.read()

    if ret == True:
        # Convert the frame to grayscale
        frame_gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

        # Calculate optical flow between the current frame and the previous frame
        p1, st, err = cv2.calcOpticalFlowPyrLK(old_gray, frame_gray, 
                                               np.array([track_window]), None, maxLevel=5, 
                                               winSize=(50, 50), criteria=(cv2.TERM_CRITERIA_EPS | cv2.TERM_CRITERIA_COUNT, 10, 0.03))

        # Get the new position of the target
        x, y = p1[0][0], p1[0][1]

        # Update the track window
        track_window = (x, y, w, h)

        # Draw the tracking window on the frame
        cv2.rectangle(frame, (x,y), (x+w,y+h), (0, 255, 0), 2)

        # Display the frame
        cv2.imshow('frame', frame)

        # Set the current frame as the previous frame for the next iteration
        old_gray = frame_gray.copy()

    # Press 'q' to exit
    if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
        break

# Release the camera and close all windows
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

结语

本文介绍了如何使用Python实现一个简单的"导弹"自动追踪功能。根据实际需求,可以选择不同的追踪方法,例如基于特征匹配的追踪或基于光流的追踪。

本站文章如无特殊说明,均为本站原创,如若转载,请注明出处:Python实现简单的”导弹” 自动追踪原理解析 - Python技术站

(0)
上一篇 2023年6月6日
下一篇 2023年6月6日

相关文章

  • Python基础之函数原理与应用实例详解

    Python基础之函数原理与应用实例详解 1. 什么是函数? 函数是一个可重复使用的代码块,它接受一些输入参数,并根据这些参数进行操作,最后返回输出结果。 函数可以帮助我们把一个大问题分成若干个小问题,从而提高代码的复用性和可读性。 在Python中,我们可以使用def关键字来定义函数,如下所示: def function_name(parameters):…

    python 2023年5月19日
    00
  • Python数字图像处理代数之加减乘运算

    Python数字图像处理代数之加减乘运算 在数字图像处理中,对图像进行代数运算可以实现许多有用的功能。Python作为一种高级编程语言,拥有丰富的科学计算和图像处理库,可以方便地进行数字图像处理代数运算。 本文将介绍Python数字图像处理代数之加减乘运算的完整攻略,包括如何完成这些运算以及代码示例。 图像加法运算 图像加法运算可以在两幅图像之间进行,将对应…

    python 2023年5月19日
    00
  • Redis 如何实现基于位置信息的地理空间查询?

    Redis 提供了基于位置信息的地理空间查询功能,可以方便地查询指定范围内的地理位置信息。本文将详细讲解 Redis 如何实现基于位置信息的地理空间查询,包括实现原理和使用攻略。 Redis 基于位置信息的地理空间查询的实现原理 Redis 基于位置信息的地理空间查询的实现原理主要包括以下几个方面: 地理位置信息的存储:Redis 使用有序集合(sorted…

    python 2023年5月12日
    00
  • Python中figure与axies绘图有哪些不同

    在Python中进行数据可视化的时候,matplotlib是最常用的绘图库之一。绘制图形的时候,通常需要使用figure和axies两个对象。这两个对象的区别是: Figure是一个顶层容器,一个画布,就是我们看到的一个整体框架 Axes是Figure中的子容器,图表绘制的地方 因为Figure中可以包含多个Axes,所以我们可以在同一个figure对象中绘…

    python 2023年5月18日
    00
  • Python中缓存lru_cache的基本介绍和讲解

    Python中缓存lru_cache的基本介绍和讲解 什么是lru_cache lru_cache是Python中标准库functools中的一个函数,用于提高函数的运行效率,可以实现对函数结果进行缓存。lru_cache表示Least Recent Use,也就是最近最少使用的意思,它会保留最近使用次数最多的n个函数调用结果。 lru_cache的使用 l…

    python 2023年6月3日
    00
  • 加载 .pkl 文件后出现 Python 错误“ValueError:无法识别加载的数组布局”

    【问题标题】:Python error after loading .pkl file “ValueError: Did not recognise loaded array layout”加载 .pkl 文件后出现 Python 错误“ValueError:无法识别加载的数组布局” 【发布时间】:2023-04-05 01:09:01 【问题描述】: 以下…

    Python开发 2023年4月6日
    00
  • 获取Python中导入模块的文件相对路径的文件路径

    【问题标题】:Get Path of File Relative Path of File that Imported Module in Python获取Python中导入模块的文件相对路径的文件路径 【发布时间】:2023-04-03 02:45:01 【问题描述】: 我在my_program.py中有这个代码: from my_module impor…

    Python开发 2023年4月8日
    00
  • python 读取txt,json和hdf5文件的实例

    Python是一种广泛使用的编程语言,支持多种数据格式的读取和处理。本文将详细讲解如何使用Python读取txt、json和hdf5文件。 读取txt文件 Python中读取txt文件,可以使用内置的open()函数。下面是一个读取txt文件的示例代码: with open(‘data.txt’, ‘r’) as f: data = f.read() pri…

    python 2023年6月3日
    00
合作推广
合作推广
分享本页
返回顶部