【C++】OpenCVを使った動画処理の基本と最新手法

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
// サンプルコード：動画ファイルの読み込みと確認
int main() {
    // 動画ファイルのパスを指定する
    std::string videoPath = "sample_video.mp4";
    // VideoCaptureオブジェクトを作成し、動画ファイルを開く
    cv::VideoCapture cap(videoPath);
    // 動画ファイルが正しくオープンできたか確認する
    if (!cap.isOpened()) {
        std::cerr << "動画ファイルのオープンに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    // 動画情報の取得(例: フレーム幅、フレーム高さ、FPS)
    int frameWidth = static_cast<int>(cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_WIDTH));
    int frameHeight = static_cast<int>(cap.get(cv::CAP_PROP_FRAME_HEIGHT));
    double fps = cap.get(cv::CAP_PROP_FPS);
    std::cout << "フレームサイズ: " << frameWidth << "x" << frameHeight << ", FPS: " << fps << std::endl;
    // 取り込んだ情報を使ってループ処理を行う
    cv::Mat frame;
    while (true) {
        cap >> frame;
        if (frame.empty()) {
            break; // 最後まで読み込んだらループを終了する
        }
        cv::imshow("Video Frame", frame); // フレームの表示
        // キー入力をチェックして 'q' が押されたら終了する
        if (cv::waitKey(30) == 'q') {
            break;
        }
    }
    cap.release();
    cv::destroyAllWindows();
    return 0;
}

フレームサイズ: 640x480, FPS: 30

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
// サンプルコード：フレームの中央部をクロッピングする例
int main() {
    std::string videoPath = "sample_video.mp4";
    cv::VideoCapture cap(videoPath);
    if (!cap.isOpened()) {
        std::cerr << "動画ファイルのオープンに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, croppedFrame;
    while (true) {
        cap >> frame;
        if (frame.empty()) {
            break;
        }
        // フレームの中央部分を抽出する(例: 幅の50%、高さの50%を中央領域として抽出)
        int newWidth = frame.cols / 2;
        int newHeight = frame.rows / 2;
        int x = (frame.cols - newWidth) / 2;
        int y = (frame.rows - newHeight) / 2;
        cv::Rect roi(x, y, newWidth, newHeight);
        croppedFrame = frame(roi);
        cv::imshow("Cropped Frame", croppedFrame);
        if (cv::waitKey(30) == 'q') {
            break;
        }
    }
    cap.release();
    cv::destroyAllWindows();
    return 0;
}

(ウィンドウに中央部分だけが表示されます)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
// サンプルコード：グレースケール変換とガウシアンフィルタ適用の例
int main() {
    std::string videoPath = "sample_video.mp4";
    cv::VideoCapture cap(videoPath);
    if (!cap.isOpened()) {
        std::cerr << "動画ファイルのオープンに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, grayFrame, smoothFrame;
    while (true) {
        cap >> frame;
        if (frame.empty()) {
            break;
        }
        // カラー画像をグレースケールに変換する
        cv::cvtColor(frame, grayFrame, cv::COLOR_BGR2GRAY);
        // ガウシアンフィルタを適用して画像を平滑化する(ノイズ低減)
        cv::GaussianBlur(grayFrame, smoothFrame, cv::Size(5, 5), 1.5);
        cv::imshow("Smooth Gray Frame", smoothFrame);
        if (cv::waitKey(30) == 'q') {
            break;
        }
    }
    cap.release();
    cv::destroyAllWindows();
    return 0;
}

(ウィンドウに平滑化されたグレースケール画像が表示されます)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
// サンプルコード：BGR画像をグレースケールへ変換する
int main() {
    std::string videoPath = "sample_video.mp4";
    cv::VideoCapture cap(videoPath);
    if (!cap.isOpened()) {
        std::cerr << "動画ファイルのオープンに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, grayFrame;
    while (true) {
        cap >> frame;
        if (frame.empty()) break;
        cv::cvtColor(frame, grayFrame, cv::COLOR_BGR2GRAY);
        cv::imshow("Grayscale Frame", grayFrame);
        if (cv::waitKey(30) == 'q') break;
    }
    cap.release();
    cv::destroyAllWindows();
    return 0;
}

(ウィンドウにグレースケール画像が表示されます)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
// サンプルコード：輝度とコントラストを調整する例
int main() {
    std::string videoPath = "sample_video.mp4";
    cv::VideoCapture cap(videoPath);
    if (!cap.isOpened()) {
        std::cerr << "動画ファイルのオープンに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, adjustedFrame;
    double alpha = 1.2; // コントラスト係数
    int beta = 20;      // 輝度補正値
    while (true) {
        cap >> frame;
        if (frame.empty()) break;
        // 各画素に対して alpha と beta を加えることで調整する
        frame.convertTo(adjustedFrame, -1, alpha, beta);
        cv::imshow("Adjusted Frame", adjustedFrame);
        if (cv::waitKey(30) == 'q') break;
    }
    cap.release();
    cv::destroyAllWindows();
    return 0;
}

(ウィンドウに輝度とコントラストが調整された映像が表示されます)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
// サンプルコード：Cannyエッジ検出を適用する例
int main() {
    std::string videoPath = "sample_video.mp4";
    cv::VideoCapture cap(videoPath);
    if (!cap.isOpened()) {
        std::cerr << "動画ファイルのオープンに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, grayFrame, edges;
    while (true) {
        cap >> frame;
        if (frame.empty()) break;
        cv::cvtColor(frame, grayFrame, cv::COLOR_BGR2GRAY);
        cv::Canny(grayFrame, edges, 50, 150);
        cv::imshow("Canny Edges", edges);
        if (cv::waitKey(30) == 'q') break;
    }
    cap.release();
    cv::destroyAllWindows();
    return 0;
}

(ウィンドウにCannyエッジ検出後の映像が表示されます)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
// サンプルコード：メディアンフィルタでノイズ低減を行う例
int main(){
    std::string videoPath = "sample_video.mp4";
    cv::VideoCapture cap(videoPath);
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "動画ファイルのオープンに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, medianFrame;
    while(true){
        cap >> frame;
        if(frame.empty()) break;
        // メディアンフィルタを用いてノイズを低減する
        cv::medianBlur(frame, medianFrame, 5);
        cv::imshow("Median Filter", medianFrame);
        if(cv::waitKey(30) == 'q') break;
    }
    cap.release();
    cv::destroyAllWindows();
    return 0;
}

(ウィンドウにノイズが低減された映像が表示されます)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
int main(){
    std::string videoPath = "sample_video.mp4";
    cv::VideoCapture cap(videoPath);
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "動画ファイルのオープンに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    // カスケード分類器の読み込み(顔認識用)
    cv::CascadeClassifier faceCascade;
    if(!faceCascade.load("haarcascade_frontalface_default.xml")){
        std::cerr << "カスケード分類器の読み込みに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame;
    while(true){
        cap >> frame;
        if(frame.empty()) break;
        cv::Mat gray;
        cv::cvtColor(frame, gray, cv::COLOR_BGR2GRAY);
        std::vector<cv::Rect> faces;
        // 顔認識を実施する
        faceCascade.detectMultiScale(gray, faces, 1.1, 3, 0, cv::Size(30, 30));
        // 検出された顔領域にモザイク処理を適用する
        for(const auto &face : faces){
            cv::Mat faceROI = frame(face);
            // 小さく縮小してから再度拡大することでモザイク処理を実現する
            cv::resize(faceROI, faceROI, cv::Size(face.width/10, face.height/10));
            cv::resize(faceROI, faceROI, cv::Size(face.width, face.height), 0, 0, cv::INTER_NEAREST);
        }
        cv::imshow("Mosaic Face", frame);
        if(cv::waitKey(30) == 'q') break;
    }
    cap.release();
    cv::destroyAllWindows();
    return 0;
}

(ウィンドウに検出された顔部分にモザイクが適用された映像が表示されます)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <string>
// サンプルコード：フレーム間差分処理の例
int main(){
    std::string videoPath = "sample_video.mp4";
    cv::VideoCapture cap(videoPath);
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "動画ファイルのオープンに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    cv::Mat frame, grayFrame, prevGray, diffFrame;
    bool isFirstFrame = true;
    while(true){
        cap >> frame;
        if(frame.empty()) break;
        cv::cvtColor(frame, grayFrame, cv::COLOR_BGR2GRAY);
        // 最初のフレームは前フレームとして設定する
        if(isFirstFrame){
            prevGray = grayFrame.clone();
            isFirstFrame = false;
            continue;
        }
        // 前フレームとの差分を計算する
        cv::absdiff(grayFrame, prevGray, diffFrame);
        prevGray = grayFrame.clone();
        cv::imshow("Frame Difference", diffFrame);
        if(cv::waitKey(30) == 'q') break;
    }
    cap.release();
    cv::destroyAllWindows();
    return 0;
}

(ウィンドウに動きのある部分が強調表示された映像が確認できます)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
// サンプルコード：マルチスレッドでフレームを処理する例
std::mutex frameMutex;
cv::Mat sharedFrame;
bool running = true;
void processFrame() {
    while(running) {
        frameMutex.lock();
        if (!sharedFrame.empty()){
            cv::Mat processed;
            // サンプル処理：グレースケール変換
            cv::cvtColor(sharedFrame, processed, cv::COLOR_BGR2GRAY);
            cv::imshow("Processed Frame", processed);
        }
        frameMutex.unlock();
        if (cv::waitKey(30) == 'q') {
            running = false;
            break;
        }
    }
}
int main(){
    cv::VideoCapture cap("sample_video.mp4");
    if(!cap.isOpened()){
        std::cerr << "動画ファイルのオープンに失敗しました" << std::endl;
        return -1;
    }
    std::thread worker(processFrame);
    cv::Mat frame;
    while(running){
        cap >> frame;
        if(frame.empty()) break;
        frameMutex.lock();
        sharedFrame = frame.clone();
        frameMutex.unlock();
    }
    running = false;
    worker.join();
    cap.release();
    cv::destroyAllWindows();
    return 0;
}

(ウィンドウにグレースケールに変換された映像が表示されます)