CV HW1

开发软件说明：

OpenCV 2.1.0

Visual Studio 2019

1. 内容简介

• 本次作业实现生成一个视频，包含片头，中间动画，片尾动画三部分，然后读取生成的视频并按下空格可以暂停
  • 片头是个人信息+倒计时
  • 中间动画，画了一个小猪佩奇追气球的故事
  • 片尾动画，是四个彩色方块交替出现

2. 视频生成过程

• 创建视频

  • 使用VideoWrite类，生成一个名叫test.avi的视频，同时配置大小，帧率等参数

    VideoWriter video("test.avi", CV_FOURCC('X', 'V', 'I', 'D'), 270, Size(1280, 720));
    

• 制作片头

  • 片头是由几个图片组合而成的，需要把图片作为视频中的一帧，插入进去

    • 第一张封面是HW1
    • 第二张是我的个人信息和含有浙大校徽的背景
    • 第三张是我的个人照片（5岁）
    • 第四到六张是一个倒计时
    • 第七张是Let's start，表示动画开始

  • 设计delay函数，可以在video中，插入time数量个image图片

    void delay(Mat image, VideoWriter video, int time) {
    	for (int i = 0; i < time; i++) {
    		video << image;
    	}
    }
    

  • 同时图与图的切换，本次实验中设计了百叶窗切换方法

    • 其原理就是在图片1中根据一定规律载入图片2的像素，生成一帧图片，再插入到video中
    • 百叶窗实现要点：
      • 将图形中点的y坐标分为5层，每一层相隔为r，5层像素一起由pic0变为pic1，实现百叶窗变换
    • 注意两个矩阵赋值时，因为是3通道，所以每一像素要赋三个值

    void blindTransition(Mat pic0, Mat pic1, VideoWriter video) {          // 百叶窗载入
    	int x_max = pic0.cols, y_max = pic0.rows;
    	int y_step = y_max / 5;                        
    	for (int r = 0; r < y_step; r++) {              
    		for (int y = r; y < y_max; y += y_step) {  
    			uchar* data = pic0.ptr<uchar>(y);      
    			uchar* p1 = pic1.ptr<uchar>(y);         
    			for (int x = 0; x < x_max; x++) {       
    				data[3 * x] = p1[3 * x];            
    				data[x * 3 + 1] = p1[x * 3 + 1];
    				data[x * 3 + 2] = p1[x * 3 + 2];
    			}
    		}
    		for (int i = 0; i < 3; i++) {
    			video << pic0;
    		}
    	}
    }
    

  • 实现上述两个准备函数后，就可以读入已有的图片，经过百叶窗切换形成视频

    • 在插入图片之前要将图片的size设为一致，否则会出现矩阵数组溢出的情况

      	for (size_t i = 2; i <= count; i++)
      	{
      		stringstream str1, str2;
      		str1 << i-1 << ".png";
      		str2 << i << ".png";
      		Mat image1 = imread(img_path + str1.str());
      		Mat image2 = imread(img_path + str2.str());
      		if (!image1.empty() && !image2.empty())
      		{
      			resize(image1, image1, Size(1280, 720));
      			resize(image2, image2, Size(1280, 720));
      			blindTransition(image1, image2, video);
      
      			//让第二帧停留的久一点
      			if (i == 2) {
      				delay(image2, video, 50);
      			}
      			video << image2;
      			cout << "正在处理第" << i << "帧" << endl;
      		}
      	}
      

• 制作动画

  • 作业中设计的动画内容是小猪佩奇追气球的情节，分为以下几个部分

    • 画小猪佩奇和气球
    • 小猪佩奇带着气球向右走
    • 小猪佩奇不动，气球向左飞
    • 小猪佩奇向左走追气球
    • 小猪佩奇追不到气球，在画面中间静止，并变成哭脸

  • 需要的函数

    • void drawEarc(Mat img, VideoWriter video, Point center, double radius, double start_angle, double end_angle, float a, float b, Scalar color, int thick, bool is_x, bool is_drawing)

      • 参数

        • 在img上绘制椭圆
        • 椭圆的圆点在center，弧度为radius， 起始度数为start_angle， 终点度数为end_angel， 长半轴（水平）为a, 短半轴(竖直)为b
        • 颜色为color, 线的宽度为thick
        • is_drawing代表是否把img插入video

      • 应用

        • 如果画横线或竖线，可以令短半轴或长半轴为0， 绘制度数为（PI， 2*PI）或(0.5 * PI, 1.5 * PI)
        • 画弧线或圆可以调整参数画出适合的图案

      • 实现

        • 在其中，应用椭圆的一些公式进行绘制

          	Point arc;
          	double foot = 0.02;
          	for (double r = start_angle; r <= end_angle; r = r + foot)
          	{
          		if (is_x)
          		{
          			arc.x = center.x + a * cos(r);
          			arc.y = center.y + b * sin(r);
          		}
          		else
          		{
          			arc.x = center.x + b * cos(r);
          			arc.y = center.y + a * sin(r);
          		}
          
          		if (r == start_angle)
          		{
          			s = arc;
          		}
          		if (r == end_angle)
          		{
          			s = arc;
          		}
          		
          		drawPoint(img, arc, color, thick);
          

    • Mat drawPeppa(Mat image, VideoWriter video, int x, int y, bool is_drawing, int frame, bool is_cry)

      • 参数

        • 实现在image上绘制佩奇，并把Image插入video
        • 以Point(x, y)作为佩奇的左上角进行绘制
        • is_drawing代表是否显示画的过程
        • 因为动画中有佩奇走路，frame代表当前走路是第几帧，一共有3帧，站着，抬左腿，抬右腿
        • is_cry代表当前佩奇是哭脸还是笑脸
        • 函数中所有的线条都是用drawEarc来实现的

      • 实现步骤，这里以佩奇的头为例

        	//佩奇的头
        	drawEarc(image, video, Point(x + 265, y + 150), 50, 0.2 * PI, 0.6 * PI, 30, 30, Scalar(0, 0, 0), 1, true, is_drawing);
        	drawEarc(image, video, Point(x + 210, y + 180), 50, 0, PI, 50, 50, Scalar(0, 0, 0), 1, true, is_drawing);
        	drawEarc(image, video, Point(x + 250, y + 180), 50, PI, 1.6 * PI, 90, 50, Scalar(0, 0, 0), 1, true, is_drawing);
        	drawEarc(image, video, Point(x + 282, y + 150), 50, 0, 2 * PI, 19, 19, Scalar(0, 0, 0), 1, true, is_drawing);
        

        画出佩奇的头，如下

        同理画出身体和其他细节

      • 实现佩奇走路

        共有3中情况，站着，抬左腿，抬右腿，只要循环实现站着->抬左腿->站着->抬右腿，就能实现佩奇走路了。

    • Mat drawballon(Mat image, VideoWriter video, int x, int y, bool is_drawing)

      • 实现在image上绘制气球，并把image插入video
      • 以Point(x, y)作为气球的左上角进行绘制
      • is_drawing代表是否显示画的过程

    • Mat convertPappe(Mat image, Mat result, int c_x)

      • 翻转佩奇，把image中的像素点以x = c_x这条直线进行翻转，结果存放在result中

  • 绘制的过程

    • 根据之前设计的动画情节，在不同的坐标上绘制图形，以下以前两个情景的代码为例，其他情景类似，只需要控制佩奇和气球的不同坐标即可

    • 初始化并绘制佩奇

      • //初始化画板
          	Mat image = Mat(Size(1280, 720), CV_8UC3);
          	
          	//绘制佩奇和气球
          	drawPeppa(image, video, 400, 200, true, 0, false);
          	drawballon(image, video, 400, 200, true);
          	delay(image, video, 5);
        

    • 佩奇带着气球右走5步

      • 通过drawPeppa函数中参数frame的值来控制佩奇的腿实现走路的动作

      	//佩奇往右走5步
      	int location1;
      	for (location1 = 0; location1 < 4 * 5; location1++) {
      		Mat image = Mat(Size(1280, 720), CV_8UC3);
      		image = drawPeppa(image, video, 400 + location1 * 10, 200, false, location1 % 4, false);
      		image = drawballon(image, video, 400 + location1 * 10, 200, false);
      		delay(image, video, 10);
      	}
      

• 片尾动画

  • 片尾动画是画面中间4个不同颜色的小正方形交替变换

  • 关键函数Mat drawBox(Mat image, int x, int y, int B, int G, int R)

    • 在image上， 以Point(x, y)为左上角，画一个边长为50像素，颜色为Scalar(B, G, R),的正方形

  • 实现

    • 交替出现四个方块， 共10个循环

      	for (int i = 0; i < 4 * 10; i++) {
      		Mat image_end = Mat(Size(1280, 720), CV_8UC3);
      		if (i % 4 == 0)		//blue
      			image_end = drawBox(image_end, -60, -60, 0x2d, 0x85, 0xf0);
      		else if (i % 4 == 1)		//red
      			image_end = drawBox(image_end, -60, 0, 0xf4, 0x43, 0x3c);
      		else if (i % 4 == 2)		//yellow
      			image_end = drawBox(image_end, 0, 0, 0xff, 0xbc, 0x32);
      		else if (i % 4 == 3)		//green
      			image_end = drawBox(image_end, 0, -60, 0xa, 0xa8, 0x58);
      		delay(image_end, video, 80);
      	}
      

3. 视频读取过程

• 读取视频文件

  • 使用VideoCapture类， 读取之前生成的视频test.avi

• 展示每一帧

  • 读取每一帧，再使用imshow函数输出每一帧

• 设置空格暂停

  • 如果没有按键，waitKey(delay)返回-1，不执行waitKey(0)，进入下一次循环。

  • 如果有按键，返回按键的ASCII值，waitKey(delay)>=32为true，执行waitKey(0)，程序暂停，直到有键盘输出才进行下一次循环。

  • int delay = 4;
    if (delay >= 0 && waitKey(delay) >= 32)
    		waitKey(0);
    

• 使用release方法，释放资源

4. 实验结果展示与分析

• 百叶窗切换

  • 下图就是第一帧和第二帧的切换，可以看到实现了百叶窗的效果

• 绘制佩奇的过程

  • 可以看到下图中，逐步画出佩奇的效果

• 一些动画的场景

  • 佩奇回头

  • 佩奇哭脸

  • 佩奇走路

    这里图片不能表现出来，详见视频

• 片尾

  • 如下的四个彩色方块循环出现消失，组成了片尾

5. 编程体会

• 本次作业中，我了解了opencv最基础的应用，比如读图片，读视频，生成视频，把图像一帧一帧插入图像等等
• 还学会了把一些简单的图形计算公式应用于图像显示上面，比如画椭圆， 画方块等等
• 还学会了一些基本的画图和矩阵操作，最基本的图形变换，比如百叶窗变换，图像翻转等
• 最后还学会通过简单的帧的变换做一些动画，比如小猪佩奇走路，最后的片尾动画

标签：end,Mat,int,image,video,CV,佩奇,HW1
来源： https://www.cnblogs.com/CGCY/p/14102662.html