【C++】OpenCVによるカラートラッキング実装：リアルタイム物体追跡の基本手法

#include <opencv2/opencv.hpp>  // OpenCVの基本機能を利用するためのヘッダ
#include <iostream>            // 入出力処理のためのヘッダ
// main関数からプログラムが始まるサンプルコード
int main() {
    // カメラの初期化を行うためVideoCaptureオブジェクトを作成
    cv::VideoCapture cap(0);
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "カメラが初期化できませんでした" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame;
    // カメラから1フレーム読み込む
    cap >> frame;
    if(frame.empty()){
        std::cerr << "フレームが取得できませんでした" << std::endl;
        return -1;
    }
    // 取得したフレームをウィンドウで表示する
    cv::imshow("Camera Frame", frame);
    cv::waitKey(0); // キー入力待ち
    return 0;
}

カメラ映像のウィンドウが表示され、キー入力後に終了

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
int main() {
    cv::Mat srcImage = cv::imread("sample.jpg"); // 画像ファイルを読み込む
    if(srcImage.empty()){
        std::cerr << "画像が読み込めませんでした" << std::endl;
        return -1;
    }
    // 画像のサイズ情報を取得
    int width = srcImage.cols;
    int height = srcImage.rows;
    std::cout << "画像サイズ: " << width << " x " << height << std::endl;
    // srcImageを別のMat型にコピーする
    cv::Mat dstImage = srcImage.clone();
    cv::imshow("Copied Image", dstImage);
    cv::waitKey(0);
    return 0;
}

画像サイズ: 1536 x 1024

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
int main(){
    cv::VideoCapture cap(0); // カメラのデバイスID 0を指定
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "カメラの読み込みに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame;
    while(true){
        cap >> frame; // フレームの取得
        if(frame.empty()){
            break;
        }
        cv::imshow("Live Frame", frame);
        if(cv::waitKey(30) >= 0){
            break; // キー入力でループから脱出
        }
    }
    return 0;
}

ライブ映像がウィンドウに表示され、キー入力でループが終了

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
int main(){
    cv::VideoCapture cap(0);
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "カメラの初期化に失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, resizedFrame;
    while(true){
        cap >> frame;
        if(frame.empty()){
            break;
        }
        // 640x480のサイズにリサイズ
        cv::resize(frame, resizedFrame, cv::Size(640, 480));
        cv::imshow("Resized Frame", resizedFrame);
        if(cv::waitKey(30) >= 0){
            break;
        }
    }
    return 0;
}

ウィンドウに640x480のサイズへリサイズされた映像が表示され、キー入力により終了

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
int main(){
    cv::VideoCapture cap(0);
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "カメラが開けませんでした" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, rgbFrame;
    while(true){
        cap >> frame;
        if(frame.empty()){
            break;
        }
        // BGRからRGBへの変換
        cv::cvtColor(frame, rgbFrame, cv::COLOR_BGR2RGB);
        cv::imshow("RGB Frame", rgbFrame);
        if(cv::waitKey(30) >= 0){
            break;
        }
    }
    return 0;
}

RGBに変換された映像がウィンドウに表示される

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
int main(){
    cv::VideoCapture cap(0);
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "カメラ初期化に失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, hsvFrame;
    while(true){
        cap >> frame;
        if(frame.empty()){
            break;
        }
        // RGB(BGR)画像をHSV画像に変換
        cv::cvtColor(frame, hsvFrame, cv::COLOR_BGR2HSV);
        cv::imshow("HSV Frame", hsvFrame);
        if(cv::waitKey(30) >= 0){
            break;
        }
    }
    return 0;
}

HSV色空間に変換された映像がウィンドウに表示される

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
int main(){
    cv::VideoCapture cap(0);
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "カメラ読み込み失敗" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, hsvFrame, mask;
    while(true){
        cap >> frame;
        if(frame.empty()){
            break;
        }
        // BGRからHSVへの変換
        cv::cvtColor(frame, hsvFrame, cv::COLOR_BGR2HSV);
        // 赤色の閾値設定\( (H_{min}, S_{min}, V_{min}) \)〜\( (H_{max}, S_{max}, V_{max}) \)
        cv::Scalar lower_red(0, 100, 100);
        cv::Scalar upper_red(10, 255, 255);
        cv::inRange(hsvFrame, lower_red, upper_red, mask);
        cv::imshow("Red Mask", mask);
        if(cv::waitKey(30) >= 0){
            break;
        }
    }
    return 0;
}

赤色の対象が抽出されたマスク映像がウィンドウに表示される

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
int main(){
    cv::VideoCapture cap(0);
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "カメラ読み込み失敗" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, hsvFrame, mask;
    while(true){
        cap >> frame;
        if(frame.empty()){
            break;
        }
        cv::cvtColor(frame, hsvFrame, cv::COLOR_BGR2HSV);
        // 対象の色範囲を設定(例：赤色)
        cv::Scalar lower_red(0, 100, 100);
        cv::Scalar upper_red(10, 255, 255);
        cv::inRange(hsvFrame, lower_red, upper_red, mask);
        cv::imshow("Red Mask", mask);
        if(cv::waitKey(30) >= 0){
            break;
        }
    }
    return 0;
}

抽出された赤色領域が白く映し出される映像がウィンドウに表示

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
int main(){
    cv::VideoCapture cap(0);
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "カメラ初期化失敗" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, hsvFrame, mask;
    // 初期対象領域を手動で指定(例として固定矩形)
    cv::Rect trackWindow(200, 150, 100, 100);
    // ヒストグラム用の変数
    cv::Mat roi, roiHist;
    // 最初のフレームでROIとヒストグラムを計算
    cap >> frame;
    cv::cvtColor(frame, hsvFrame, cv::COLOR_BGR2HSV);
    roi = hsvFrame(trackWindow);
    // 対象領域のヒストグラムを計算。Hue成分のみ利用
    int channels[] = {0};
    int histSize[] = {16};
    float hranges[] = {0, 180};
    const float* ranges[] = {hranges};
    cv::calcHist(&roi, 1, channels, cv::Mat(), roiHist, 1, histSize, ranges);
    // ヒストグラムの値を正規化
    cv::normalize(roiHist, roiHist, 0, 255, cv::NORM_MINMAX);
    while(true){
        cap >> frame;
        if(frame.empty()){
            break;
        }
        cv::cvtColor(frame, hsvFrame, cv::COLOR_BGR2HSV);
        // バックプロジェクションの計算
        cv::Mat backProj;
        cv::calcBackProject(&hsvFrame, 1, channels, roiHist, backProj, ranges);
        // CamShiftによる追跡
        cv::RotatedRect trackBox = cv::CamShift(backProj, trackWindow,
                                                 cv::TermCriteria(cv::TermCriteria::EPS | cv::TermCriteria::COUNT, 10, 1));
        // 追跡領域を描画する
        cv::ellipse(frame, trackBox, cv::Scalar(0, 255, 0), 2);
        cv::imshow("CamShift Tracking", frame);
        if(cv::waitKey(30) >= 0){
            break;
        }
    }
    return 0;
}

ウィンドウに緑色の楕円が追跡対象を示して表示、物体の移動に応じて楕円が更新