win10+Python3.7.3+OpenCV3.4.1入门学习（十八 视频处理）————18.1 VideoCapture类

Python版本是Python3.7.3，OpenCV版本OpenCV3.4.1，开发环境为PyCharm

第18章 视频处理

视频信号（以下简称为视频）是非常重要的视觉信息来源，它是视觉处理过程中经常要处理的一类信号。实际上，视频是由一系列图像构成的，这一系列图像被称为帧，帧是以固定的时间间隔从视频中获取的。获取（播放）帧的速度称为帧速率，其单位通常使用“帧/秒”表示，代表在1秒内所出现的帧数，对应的英文是FPS（Frames Per Second）。如果从视频中提取出独立的帧，就可以使用图像处理的方法对其进行处理，达到处理视频的目的。
OpenCV提供了cv2.VideoCapture类和cv2.VideoWriter类来支持各种类型的视频文件。在不同的操作系统中，它们支持的文件类型可能有所不同，但是在各种操作系统中均支持AVI格式的视频文件。
本章主要介绍cv2.VideoCapture类和cv2.VideoWriter类的相关函数，并讲解应用它们进行捕获摄像头文件、播放视频文件、保存视频等基础操作。

18.1 VideoCapture类

OpenCV提供了cv2.VideoCapture类来处理视频。cv2.VideoCapture类处理视频的方式非常简单、快捷，而且它既能处理视频文件又能处理摄像头信息。

18.1.1 类函数介绍

cv2.VideoCapture类的常用函数包括初始化、打开、帧捕获、释放、属性设置等，下面对这些函数进行简单的介绍。
1．初始化
OpenCV为cv2.VideoCapture类提供了构造函数cv2.VideoCapture()，用于打开摄像头并完成摄像头的初始化工作。该函数的语法格式为：

捕获对象=cv2.VideoCapture("摄像头ID号")

式中：
● “摄像头ID号”就是摄像头的ID号码。需要注意的是，这个参数是摄像设备（摄像头）的ID编号，而不是文件名。其默认值为-1，表示随机选取一个摄像头；如果有多个摄像头，则用数字“0”表示第1个摄像头，用数字“1”表示第2个摄像头，以此类推。所以，如果只有一个摄像头，既可以使用“0”，也可以使用“-1”作为摄像头ID号。
在某些平台上，如果该参数值为“-1”, OpenCV会弹出一个窗口，让用户手动选择希望使用的摄像头。
● “捕获对象”为返回值，是cv2.VideoCapture类的对象。
例如，要初始化当前的摄像头，可以使用语句：

cap = cv2.VideoCapture(0)

OpenCV官网在介绍函数cv2.VideoCapture()时，特别强调：视频处理完以后，要记得释放摄像头对象。
该（构造）函数也能够用于初始化视频文件，初始化视频文件时，参数为文件名。此时函数的形式为：

捕获对象=cv2.VideoCapture("文件名")

例如，打开当前目录下文件名为“vtest.avi”的视频文件，可以使用语句：

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

2．cv2.VideoCapture.open()函数和cv2.VideoCapture.isOpened()函数
一般情况下，使用cv2.VideoCapture()函数即可完成摄像头的初始化。有时，为了防止初始化发生错误，可以使用函数cv2.VideoCapture.isOpened()来检查初始化是否成功。该函数的语法格式为：

retval = cv2.VideoCapture.isOpened()

该函数会判断当前的摄像头是否初始化成功：
● 如果成功，则返回值retval为True。
● 如果不成功，则返回值retval为False。
如果摄像头初始化失败，可以使用函数cv2.VideoCapture.open()打开摄像头。该函数的语法格式为：

retval = cv2.VideoCapture.open( index )

式中：
● index为摄像头ID号。
● retval为返回值，当摄像头（或者视频文件）被成功打开时，返回值为True。
同样，函数cv2.VideoCapture.isOpened()和函数cv2.VideoCapture.open()也能用于处理视频文件。在处理视频文件时，函数cv2.VideoCapture.open()的参数为文件名，其语法格式为：

retval = cv2.VideoCapture.open( filename )

3．捕获帧
摄像头初始化成功后，就可以从摄像头中捕获帧信息了。捕获帧所使用的是函数cv2.VideoCapture.read()。该函数的语法是：

retval, image=cv2.VideoCapture.read()

式中：
● image是返回的捕获到的帧，如果没有帧被捕获，则该值为空。
● retval表示捕获是否成功，如果成功则该值为True，不成功则为False。
4．释放
在不需要摄像头时，要关闭摄像头。关闭摄像头使用的是函数cv2.VideoCapture.release()。该函数的语法是：

None=cv2.VideoCapture.release()

例如，当前有一个VideoCapture类的对象cap，要将其释放，可以使用语句：

cap.release()

5 属性设置
有时，我们需要获取cv2.VideoCapture类对象的属性，或是更改该类对象的属性。函数cv2.VideoCapture.get()用于获取cv2.VideoCapture类对象的属性，该函数的语法格式是：

retval = cv2.VideoCapture.get( propId )

式中，参数propId对应着cv2.VideoCapture类对象的属性。
例如，有一个cv2.VideoCapture类对象cvc，则：
● 通过cvc.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH)，就能获取当前帧对象的宽度。
● 通过cvc.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT)，就能获取当前帧对象的高度。
函数cv2.VideoCapture.set()用来设置cv2.VideoCapture类对象的属性。该函数的语法是：

    retval = cv2.VideoCapture.set( propId, value )

式中，propId对应cv2.VideoCapture类对象的属性，value对应属性propid的值。
例如，有一个cv2.VideoCapture类对象cvc，则：
● 语句ret=cvc.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 640)将当前帧对象的宽度设置为640像素。
● 语句ret=cvc.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 480)将当前帧对象的高度设置为480像素。
cv2.VideoCapture类对象的属性值及含义如下表所示。

6．cv2.VideoCapture.grab()函数和cv2.VideoCapture.retrieve()函数
一般情况下，如果需要读取一个摄像头的视频数据，最简便的方法就是使用函数cv2.VideoCapture.read()。但是，如果需要同步一组或一个多头（multihead）摄像头（例如立体摄像头或Kinect）的视频数据时，该函数就无法胜任了。可以把函数cv2.VideoCapture.read()理解为是由函数cv2.VideoCapture.grab()和函数cv2.VideoCapture.retrieve()组成的。函数cv2.VideoCapture.grab()用来指向下一帧，函数cv2.VideoCapture.retrieve()用来解码并返回一帧。因此，可以使用函数cv2.VideoCapture.grab()和函数cv2.VideoCapture.retrieve()获取多个摄像头的数据。
函数cv2.VideoCapture.grab()用来指向下一帧，其语法格式是：

retval= cv2.VideoCapture.grab( )

如果该函数成功指向下一帧，则返回值retval为True。
函数cv2.VideoCapture.retrieve()用来解码，并返回函数v2.VideoCapture.grab()捕获的视频帧。该函数的语法格式为：

retval, image = cv2.VideoCapture.retrieve( )

式中：
● image为返回的视频帧，如果未成功，则返回一个空图像。
● retval为布尔型值，若未成功，返回False；否则，返回True。
对于一组摄像头，可以使用如下代码捕获不同摄像头的视频帧：

success0 = cameraCapture0.grab()
success1 = cameraCapture1.grab()
if success0 and success1:
frame0 = cameraCapture0.retrieve()
frame1 = cameraCapture1.retrieve()

与VideoCapture类内的其他函数一样，cv2.VideoCapture.grab()和cv2.VideoCapture.retrieve()也能用来读取视频文件。

18.1.2 捕获摄像头视频

计算机视觉要处理的对象是多种多样的。有时，我们需要处理的可能是某个特定的图像；有时，要处理的可能是磁盘上的视频文件；而在更多时候，要处理的是从摄像设备中实时读入的视频流。
OpenCV通过cv2.VideoCapture类提供了非常方便的捕获摄像头视频的方法。下面用一个例子介绍如何捕获摄像头视频。

eg1：使用cv2.VideoCapture类捕获摄像头视频。
代码如下

import cv2
cap = cv2.VideoCapture(0)
while(cap.isOpened()):
    ret, frame = cap.read()
    cv2.imshow('frame',frame)
    c = cv2.waitKey(1)
    if c==27:   #ESC键退出
        break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

运行程序，笔者拿着一本OpenCV图书放在摄像头前，程序捕获的摄像头视频的截图如下图所示。

18.1.3 播放视频文件

播放视频文件时，需要将函数cv2.VideoCapture()的参数值设置为视频文件的名称。在播放视频时，可以通过设置函数cv2.waitKey()中的参数值，来设置播放视频时每一帧的持续（停留）时间。如果函cv2.waitKey()中的参数值：
● 较小，则说明每一帧停留的时间较短，视频播放速度会较快。
● 较大，则说明每一帧停留的时间较长，视频播放速度会较慢。
该参数的单位是ms，通常情况下，将这个参数的值设置为25即可。

eg2：使用cv2.VideoCapture类播放视频文件。
代码如下：

import cv2
cap = cv2.VideoCapture('output.avi')
while(cap.isOpened()):
    ret, frame = cap.read()
    cv2.imshow('frame',frame)
    c = cv2.waitKey(1)
    if c==27:   #ESC键
        break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()

运行上述程序，播放的视频的截图如下图所示。