光流估计

光流是空间运动物体在观测成像平面上的像素运动的“瞬时速度”，根据各个像素点的速度的速度矢量特征，可以对图像进行动态分析，例如目标跟踪

• 高度恒定：同一点随着时间的变化，其亮度不会发生改变。
• 小运动：随着时间的变化不会引起位置的剧烈变化，只有小运动情况下才能用前后帧之间单位位置变化引起的灰度变化去近似灰度对位置的偏导数。
• 空间一致：一个场景上临近的点投影到图像上也是临近点，且临近点速度一致，因为光流法基本方程约束只有一个，而要求x，y方向的速度，有两个未知变量， 所以需要联立n多个方程求解。

cv2.calcOpticalFlowPyrlLK(): 参数

• prevlmage 前一帧图像
• nextlmage 当前帧图像
• prevPts 待跟踪的特征点向量
• winSize 搜索窗口的大小
• maxLevel 最大的金字塔层数 返回:
• nextPts 输出跟踪特征点向量
• status 特征点是否找到，找到的状态为1，未找到的状态为0

import numpy as np
import cv2

cap = cv2.VideoCapture('test.avi')

# 角点检测所需参数
feature_params = dict( maxCorners = 100,
                       qualityLevel = 0.3,
                       minDistance = 7,
                       blockSize = 7 )

# lucas kanade参数
lk_params = dict( winSize  = (15,15),
                  maxLevel = 2,
                  criteria = (cv2.TERM_CRITERIA_EPS | cv2.TERM_CRITERIA_COUNT, 10, 0.03))

# 随机颜色条
color = np.random.randint(0,255,(100,3))

# 拿到第一帧图像
ret, old_frame = cap.read()
old_gray = cv2.cvtColor(old_frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
p0 = cv2.goodFeaturesToTrack(old_gray, mask = None, **feature_params)

# 创建一个mask
mask = np.zeros_like(old_frame)

while(True):
    ret,frame = cap.read()
    frame_gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # 需要传入前一帧和当前图像
    p1, st, err = cv2.calcOpticalFlowPyrLK(old_gray, frame_gray, p0, None, **lk_params)

    # st=1表示
    good_new = p1[st==1]
    good_old = p0[st==1]

    # draw the tracks
    for i,(new,old) in enumerate(zip(good_new,good_old)):
        a,b = new.ravel()
        c,d = old.ravel()
        mask = cv2.line(mask, (int(a),int(b)),(int(c),int(d)), color[i].tolist(), 2)
        frame = cv2.circle(frame,(int(a),int(b)),5,color[i].tolist(),-1)
    img = cv2.add(frame,mask)

    cv2.imshow('frame',img)
    k = cv2.waitKey(150) & 0xff
    if k == 27:
        break

   #更新
    old_gray = frame_gray.copy()
    p0 = good_new.reshape(-1,1,2)

cv2.destroyAllWindows()
cap.release()

运行后随便截取一帧为：