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c++ - 在opencv中聚类图像片段

coder 2023-11-15 原文

我正在使用 opencv 使用非静态相机进行运动检测。 我正在使用一种非常基本的背景减法和阈值方法来广泛了解示例视频中的所有内容。阈值处理后,我征集了所有可分离的白色像素“补丁”,将它们存储为独立的组件,并用红色、绿色或蓝色随机给它们着色。下图显示了所有此类组件都可见的足球视频。

我在这些检测到的组件上创建了矩形,我得到了这张图片:

所以我可以看到这里的挑战。我想将所有“相似”和靠近的组件聚集到一个实体中,以便输出图像中的矩形显示玩家作为一个整体移动(而不是他的独立肢体)。我尝试进行 K 均值聚类,但由于理想情况下我不知道移动实体的数量,所以我无法取得任何进展。

请指导我如何做到这一点。谢谢

最佳答案

这个问题几乎可以通过dbscan聚类算法完美解决。下面,我提供了实现和结果图像。根据 dbscan,灰色 Blob 表示异常值或噪声。我只是使用框作为输入数据。最初,框中心用于距离函数。然而对于盒子来说,正确地表征距离是不够的。因此,当前距离函数使用两个框的所有 8 个角的最小距离。

#include "opencv2/opencv.hpp"
using namespace cv;
#include <map>
#include <sstream>

template <class T>
inline std::string to_string (const T& t)
{
    std::stringstream ss;
    ss << t;
    return ss.str();
}

class DbScan
{
public:
    std::map<int, int> labels;
    vector<Rect>& data;
    int C;
    double eps;
    int mnpts;
    double* dp;
    //memoization table in case of complex dist functions
#define DP(i,j) dp[(data.size()*i)+j]
    DbScan(vector<Rect>& _data,double _eps,int _mnpts):data(_data)
    {
        C=-1;
        for(int i=0;i<data.size();i++)
        {
            labels[i]=-99;
        }
        eps=_eps;
        mnpts=_mnpts;
    }
    void run()
    {
        dp = new double[data.size()*data.size()];
        for(int i=0;i<data.size();i++)
        {
            for(int j=0;j<data.size();j++)
            {
                if(i==j)
                    DP(i,j)=0;
                else
                    DP(i,j)=-1;
            }
        }
        for(int i=0;i<data.size();i++)
        {
            if(!isVisited(i))
            {
                vector<int> neighbours = regionQuery(i);
                if(neighbours.size()<mnpts)
                {
                    labels[i]=-1;//noise
                }else
                {
                    C++;
                    expandCluster(i,neighbours);
                }
            }
        }
        delete [] dp;
    }
    void expandCluster(int p,vector<int> neighbours)
    {
        labels[p]=C;
        for(int i=0;i<neighbours.size();i++)
        {
            if(!isVisited(neighbours[i]))
            {
                labels[neighbours[i]]=C;
                vector<int> neighbours_p = regionQuery(neighbours[i]);
                if (neighbours_p.size() >= mnpts)
                {
                    expandCluster(neighbours[i],neighbours_p);
                }
            }
        }
    }

    bool isVisited(int i)
    {
        return labels[i]!=-99;
    }

    vector<int> regionQuery(int p)
    {
        vector<int> res;
        for(int i=0;i<data.size();i++)
        {
            if(distanceFunc(p,i)<=eps)
            {
                res.push_back(i);
            }
        }
        return res;
    }

    double dist2d(Point2d a,Point2d b)
    {
        return sqrt(pow(a.x-b.x,2) + pow(a.y-b.y,2));
    }

    double distanceFunc(int ai,int bi)
    {
        if(DP(ai,bi)!=-1)
            return DP(ai,bi);
        Rect a = data[ai];
        Rect b = data[bi];
        /*
        Point2d cena= Point2d(a.x+a.width/2,
                              a.y+a.height/2);
        Point2d cenb = Point2d(b.x+b.width/2,
                              b.y+b.height/2);
        double dist = sqrt(pow(cena.x-cenb.x,2) + pow(cena.y-cenb.y,2));
        DP(ai,bi)=dist;
        DP(bi,ai)=dist;*/
        Point2d tla =Point2d(a.x,a.y);
        Point2d tra =Point2d(a.x+a.width,a.y);
        Point2d bla =Point2d(a.x,a.y+a.height);
        Point2d bra =Point2d(a.x+a.width,a.y+a.height);

        Point2d tlb =Point2d(b.x,b.y);
        Point2d trb =Point2d(b.x+b.width,b.y);
        Point2d blb =Point2d(b.x,b.y+b.height);
        Point2d brb =Point2d(b.x+b.width,b.y+b.height);

        double minDist = 9999999;

        minDist = min(minDist,dist2d(tla,tlb));
        minDist = min(minDist,dist2d(tla,trb));
        minDist = min(minDist,dist2d(tla,blb));
        minDist = min(minDist,dist2d(tla,brb));

        minDist = min(minDist,dist2d(tra,tlb));
        minDist = min(minDist,dist2d(tra,trb));
        minDist = min(minDist,dist2d(tra,blb));
        minDist = min(minDist,dist2d(tra,brb));

        minDist = min(minDist,dist2d(bla,tlb));
        minDist = min(minDist,dist2d(bla,trb));
        minDist = min(minDist,dist2d(bla,blb));
        minDist = min(minDist,dist2d(bla,brb));

        minDist = min(minDist,dist2d(bra,tlb));
        minDist = min(minDist,dist2d(bra,trb));
        minDist = min(minDist,dist2d(bra,blb));
        minDist = min(minDist,dist2d(bra,brb));
        DP(ai,bi)=minDist;
        DP(bi,ai)=minDist;
        return DP(ai,bi);
    }

    vector<vector<Rect> > getGroups()
    {
        vector<vector<Rect> > ret;
        for(int i=0;i<=C;i++)
        {
            ret.push_back(vector<Rect>());
            for(int j=0;j<data.size();j++)
            {
                if(labels[j]==i)
                {
                    ret[ret.size()-1].push_back(data[j]);
                }
            }
        }
        return ret;
    }
};

cv::Scalar HSVtoRGBcvScalar(int H, int S, int V) {

    int bH = H; // H component
    int bS = S; // S component
    int bV = V; // V component
    double fH, fS, fV;
    double fR, fG, fB;
    const double double_TO_BYTE = 255.0f;
    const double BYTE_TO_double = 1.0f / double_TO_BYTE;

    // Convert from 8-bit integers to doubles
    fH = (double)bH * BYTE_TO_double;
    fS = (double)bS * BYTE_TO_double;
    fV = (double)bV * BYTE_TO_double;

    // Convert from HSV to RGB, using double ranges 0.0 to 1.0
    int iI;
    double fI, fF, p, q, t;

    if( bS == 0 ) {
        // achromatic (grey)
        fR = fG = fB = fV;
    }
    else {
        // If Hue == 1.0, then wrap it around the circle to 0.0
        if (fH>= 1.0f)
            fH = 0.0f;

        fH *= 6.0; // sector 0 to 5
        fI = floor( fH ); // integer part of h (0,1,2,3,4,5 or 6)
        iI = (int) fH; // " " " "
        fF = fH - fI; // factorial part of h (0 to 1)

        p = fV * ( 1.0f - fS );
        q = fV * ( 1.0f - fS * fF );
        t = fV * ( 1.0f - fS * ( 1.0f - fF ) );

        switch( iI ) {
        case 0:
            fR = fV;
            fG = t;
            fB = p;
            break;
        case 1:
            fR = q;
            fG = fV;
            fB = p;
            break;
        case 2:
            fR = p;
            fG = fV;
            fB = t;
            break;
        case 3:
            fR = p;
            fG = q;
            fB = fV;
            break;
        case 4:
            fR = t;
            fG = p;
            fB = fV;
            break;
        default: // case 5 (or 6):
            fR = fV;
            fG = p;
            fB = q;
            break;
        }
    }

    // Convert from doubles to 8-bit integers
    int bR = (int)(fR * double_TO_BYTE);
    int bG = (int)(fG * double_TO_BYTE);
    int bB = (int)(fB * double_TO_BYTE);

    // Clip the values to make sure it fits within the 8bits.
    if (bR > 255)
        bR = 255;
    if (bR < 0)
        bR = 0;
    if (bG >255)
        bG = 255;
    if (bG < 0)
        bG = 0;
    if (bB > 255)
        bB = 255;
    if (bB < 0)
        bB = 0;

    // Set the RGB cvScalar with G B R, you can use this values as you want too..
    return cv::Scalar(bB,bG,bR); // R component
}

int main(int argc,char** argv )
{
    Mat im = imread("c:/data/football.png",0);
    std::vector<std::vector<cv::Point> > contours;
    std::vector<cv::Vec4i> hierarchy;
    findContours(im.clone(), contours, hierarchy, CV_RETR_LIST, CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE);

    vector<Rect> boxes;
    for(size_t i = 0; i < contours.size(); i++)
    {
        Rect r = boundingRect(contours[i]);
        boxes.push_back(r);
    }
    DbScan dbscan(boxes,20,2);
    dbscan.run();
    //done, perform display

    Mat grouped = Mat::zeros(im.size(),CV_8UC3);
    vector<Scalar> colors;
    RNG rng(3);
    for(int i=0;i<=dbscan.C;i++)
    {
        colors.push_back(HSVtoRGBcvScalar(rng(255),255,255));
    }
    for(int i=0;i<dbscan.data.size();i++)
    {
        Scalar color;
        if(dbscan.labels[i]==-1)
        {
            color=Scalar(128,128,128);
        }else
        {
            int label=dbscan.labels[i];
            color=colors[label];
        }
        putText(grouped,to_string(dbscan.labels[i]),dbscan.data[i].tl(),    FONT_HERSHEY_COMPLEX,.5,color,1);
        drawContours(grouped,contours,i,color,-1);
    }

    imshow("grouped",grouped);
    imwrite("c:/data/grouped.jpg",grouped);
    waitKey(0);
}

关于c++ - 在opencv中聚类图像片段,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/23842940/

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