OpenCV 视频处理（关于摄像头和视频文件的读取、显示、保存等等）

1、前言

OpenCV不仅能够处理图像，还能够处理视频

视频是由大量的图像构成的，这些图像是以固定的时间间隔从视频中获取的。这样，就能够使用图像处理的方法对这些图像进行处理，进而达到处理视频的目的。要想处理视频，需要先对视频进行读取、显示、保存等相关操作。为此，OpenCV提供了VideoCapture类和 VideoWiter 类的相关方法。

2、摄像头操作

为了读取并显示摄像头视频，OpenCV 提供了 VideoCapture 类的相关方法，这些方法包括摄像头的初始化方法、检验摄像头初始化是否成功的方法、从摄像头中读取帧的方法、关闭摄像头的方法等。

Tips ：视频是由大量图像构成，这些图像称为帧

VideoCapture 类：

index = 0 ：表示打开第一个摄像头，对于64位笔记本，打开的就是内置摄像头
index = 1 ：表示打开第二个摄像头，对于64位笔记本，打开的就是连接笔记本的外置摄像头

为了检测摄像头初始化是否成功，OpenCV提供了isOpened()方法，

如果打开摄像头正确的话，接下来就可以读取视频的每一帧了，read()方法

OpenCV 特别强调，不需要摄像头时，一定要关闭

2.1 读取、显示摄像头视频

实验目的：打开笔记本内置摄像头实时读取并显示视频。当按下空格键时，关笔记本内置摄像头，销毁显示摄像头视频的窗口

代码：

import cv2capture = cv2.VideoCapture(0) # 打开笔记本内置摄像头
while (capture.isOpened()): # 笔记本内置摄像头被打开后retval, image = capture.read() # 从摄像头中实时读取视频cv2.imshow("Video", image) # 在窗口中显示读取到的视频key = cv2.waitKey(1) # 窗口的图像刷新时间为1毫秒if key == 32: # 如果按下空格键break
capture.release() # 关闭笔记本内置摄像头
cv2.destroyAllWindows() # 销毁显示摄像头视频的窗口

展示：

2.2 将摄像头视频转为灰度视频

帧就是图像，将每一帧按照数字图像处理的方式处理就可以改变视频的样式

这里展示将视频转为灰度视频的操作

代码：

import cv2capture = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW) # 打开笔记本内置摄像头
while (capture.isOpened()): # 笔记本内置摄像头被打开后retval, image = capture.read() # 从摄像头中实时读取视频# 把彩色视频转换为灰度视频image_Gray = cv2.cvtColor(image,cv2.COLOR_BGR2GRAY)if retval == True: # 读取到摄像头视频后cv2.imshow("Video", image) # 在窗口中显示彩色视频cv2.imshow("Video_Gray", image_Gray) # 在窗口中显示灰度视频key = cv2.waitKey(1) # 窗口的图像刷新时间为1毫秒if key == 32: # 如果按下空格键break
capture.release() # 关闭笔记本内置摄像头
cv2.destroyAllWindows() # 销毁显示摄像头视频的窗口

展示：

2.3 保存摄像头视频的某一帧图像

代码如下：

import cv2cap = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW) # 打开笔记本内置摄像头
while (cap.isOpened()): # 笔记本内置摄像头被打开后ret, frame = cap.read() # 从摄像头中实时读取视频cv2.imshow("Video", frame) # 在窗口中显示视频k = cv2.waitKey(1) # 图像的刷新时间为1毫秒if k == 32: # 按下空格键cap.release() # 关闭笔记本内置摄像头cv2.destroyWindow("Video") # 销毁名为Video的窗口cv2.imwrite("D:/copy.png", frame) # 保存按下空格键时摄像头视频中的图像cv2.imshow('img', frame) # 显示按下空格键时摄像头视频中的图像cv2.waitKey() # 刷新图像break
cv2.destroyAllWindows() # 销毁显示图像的窗口

效果：

2.4 读取并显示两个摄像头

编写一个程序，在打开笔记本内置摄像头实时读取并显示视频的同时，再打开一个连接笔记本的外置摄像头。当按下空格键时，关闭笔记本内置摄像头和连接笔记本的外置摄像头，销毁显示摄像头视频的窗口。

代码：

import cv2cap_Inner = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW) # 打开笔记本内置摄像头
cap_Outer = cv2.VideoCapture(1, cv2.CAP_DSHOW) # 打开一个连接笔记本的外置摄像头
while (cap_Inner.isOpened() & cap_Outer.isOpened()): # 两个摄像头都被打开后retval, img_Inner = cap_Inner.read() # 从笔记本内置摄像头中实时读取视频ret, img_Outer = cap_Outer.read() # 从连接笔记本的外置摄像头中实时读取视频# 在窗口中显示笔记本内置摄像头读取到的视频cv2.imshow("Video_Inner", img_Inner)# 在窗口中显示连接笔记本的外置摄像头读取到的视频cv2.imshow("Video_Outer", img_Outer)key = cv2.waitKey(1) # 窗口的图像刷新时间为1毫秒if key == 32: # 如果按下空格键break
cap_Inner.release() # 关闭笔记本内置摄像头
cap_Outer.release() # 关闭连接笔记本的外置摄像头
cv2.destroyAllWindows() # 销毁显示摄像头视频的窗口

这里只有一个内置摄像头，所以代码会报错...

3、视频文件操作

VideoCapture 类及其方法除了能够读取并显示摄像头视频外，还能够读取并显示视频文件。当窗口根据视频文件的时长显示视频文件时，便实现了播放视频文件的效果。

3.1 读取、显示视频文件

代码如下：

import cv2video = cv2.VideoCapture("公司宣传.avi") # 打开视频文件
while (video.isOpened()): # 视频文件被打开后retval, image = video.read() # 读取视频文件# 设置“Video”窗口的宽为420，高为300cv2.namedWindow("Video", 0)cv2.resizeWindow("Video", 420, 300)if retval == True: # 读取到视频文件后cv2.imshow("Video", image) # 在窗口中显示读取到的视频文件else: # 没有读取到视频文件breakkey = cv2.waitKey(1) # 窗口的图像刷新时间为1毫秒if key == 27: # 如果按下Esc键break
video.release() # 关闭视频文件
cv2.destroyAllWindows() # 销毁显示视频文件的窗口

展示：

调整 waitKeyO方法中的参数值可以控制视频文件的播放速度。例如，当 cv2.waitKey(1)时，视频文件的播放速度非常快;当cv2.waitKcy(50)时，就能够减缓视频文件的播放速度。

3.2 将视频文件转为灰度视频

使用处理图像的相关方法，能够将摄像头视频由彩色视频转换为灰度视频。那么，使用相同的方病也能够将视频文件由彩色视频转换为灰度视频。

代码：

import cv2video = cv2.VideoCapture("公司宣传.avi") # 打开视频文件
while (video.isOpened()): # 视频文件被打开后retval, img_Color = video.read() # 读取视频文件# 设置“Video”窗口的宽为420，高为300cv2.namedWindow("Gray", 0)cv2.resizeWindow("Gray", 420, 300)if retval == True: # 读取到视频文件后# 把“公司宣传.avi”由彩色视频转换为灰度视频img_Gray = cv2.cvtColor(img_Color, cv2.COLOR_BGR2GRAY)cv2.imshow("Gray", img_Gray) # 在窗口中显示读取到的视频文件else: # 没有读取到视频文件breakkey = cv2.waitKey(1) # 窗口的图像刷新时间为1毫秒if key == 27: # 如果按下Esc键break
video.release() # 关闭视频文件
cv2.destroyAllWindows() # 销毁显示视频文件的窗口

展示：

3.3 视频文件的暂停和播放

编写一个程序，读取并显示 PyCharm 当前项目路径下的视频文件。在播放视频文件的过程中，当按下空格键时，暂停播放视频:当再次按下空格键时，继续播放视频;当按下Esc键时，关闭视频文件并销毁显示视频文件的窗口

代码如下：

import cv2video = cv2.VideoCapture("公司宣传.avi") # 打开视频文件
while (video.isOpened()): # 视频文件被打开后retval, image = video.read() # 读取视频文件# 设置“Video”窗口的宽为420，高为300cv2.namedWindow("Video", 0)cv2.resizeWindow("Video", 420, 300)if retval == True: # 读取到视频文件后cv2.imshow("Video", image) # 在窗口中显示读取到的视频文件else: # 没有读取到视频文件breakkey = cv2.waitKey(50) # 窗口的图像刷新时间为50毫秒if key == 32: # 如果按下空格键cv2.waitKey(0) # 不刷新图像，实现暂停效果continue # 再按一次空格键，继续播放if key == 27: # 如果按下Esc键break
video.release() # 关闭视频文件
cv2.destroyAllWindows() # 销毁显示视频文件的窗口

展示：

3.4 获取视频文件的属性

在实际应用中，有时需要知道视频文件的属性。VideoCapture提供了get()方法

其中，propId 的参数如下：

视频是由大量的、连续的图像构成的，把其中的每幅图像称作帧

帧数指的是视频文件中含有的图像总数，帧数越多，视频播放时越流畅

在播放视频的过程中，把每秒显示图像的数量称作帧速率(IPS，单位:帧/s)

宽度指的是图像在水平方向上含有的像素总数、帧高度指的是图像在垂直方向上含有的像素总数

代码：

import cv2video = cv2.VideoCapture("公司宣传.avi") # 打开视频文件
fps = video.get(cv2.CAP_PROP_FPS) # 获取视频文件的帧速率
frame_Count = video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_COUNT) # 获取视频文件的帧数
frame_Width = int(video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH)) # 获取视频文件的帧宽度
frame_Height = int(video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT)) # 获取视频文件的帧高度# 输出获取到的属性值
print("帧速率:", fps)
print("帧数:", frame_Count)
print("帧宽度:", frame_Width)
print("帧高度:", frame_Height)

控制台展示：

动态视频属性的实验：

代码：

import cv2video = cv2.VideoCapture("公司宣传.avi") # 打开视频文件
fps = video.get(cv2.CAP_PROP_FPS) # 获取视频文件的帧速率
frame_Num = 1 # 用于记录第几幅图像（即第几帧），初始值为1（即第1幅图像）
while (video.isOpened()): # 视频文件被打开后retval, frame = video.read() # 读取视频文件# 设置“Video”窗口的宽为420，高为300cv2.namedWindow("Video", 0)cv2.resizeWindow("Video", 420, 300)if retval == True: # 读取到视频文件后# 当前视频播放到第几帧cv2.putText(frame, "frame: " + str(frame_Num), (0, 100),cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 2, (0, 0, 255), 5)# 该帧对应着视频的第几秒cv2.putText(frame, "second: " + str(round(frame_Num / fps, 2)) + "s",(0, 200), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 2, (0, 0, 255), 5)cv2.imshow("Video", frame) # 在窗口中显示读取到的视频文件else: # 没有读取到视频文件breakkey = cv2.waitKey(50) # 窗口的图像刷新时间为50毫秒frame_Num += 1 #if key == 27: # 如果按下Esc键break
video.release() # 关闭视频文件
cv2.destroyAllWindows() # 销毁显示视频文件的窗口

展示：

73 代表播放到当前视频的第 73 帧

2.92s 代码播放到当前视频的第 2.92秒

4、保存视频操作

这里介绍保存摄像头和视频文件的操作

OpenCV提供了VideoWriter类，具体如下

在OpenCV中，使用cv2.VideoWriter_fource() 确定视频编码格式，具体如下

例如：在Windows中，fource值为cv2.VideoWriter_fource('X','Y','I','D')，帧速率为20，帧大小为640*480。把一段视频保存在当前目录下，关键代码如下：

*('XVID')是解引用操作，会将'XVID'解码为'X','Y','I','D'

把视频保存的话，需要使用write()方法，

4.1 保存一段摄像头的视频

代码：

import cv2capture = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW) # 打开笔记本内置摄像头
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc('X', 'V', 'I', 'D') # 确定视频被保存后的编码格式
output = cv2.VideoWriter("output.avi", fourcc, 20, (640, 480)) # 创建VideoWriter类对象
while (capture.isOpened()): # 笔记本内置摄像头被打开后retval, frame = capture.read() # 从摄像头中实时读取视频if retval == True: # 读取到摄像头视频后output.write(frame) # 在VideoWriter类对象中写入读取到的帧cv2.imshow("frame", frame) # 在窗口中显示摄像头视频key = cv2.waitKey(1) # 窗口的图像刷新时间为1毫秒if key == 27: # 如果按下Esc键break
capture.release() # 关闭笔记本内置摄像头
output.release() # 释放VideoWriter类对象
cv2.destroyAllWindows() # 销毁显示摄像头视频的窗口

展示：

代码可以重复运行，不过每次都会覆盖上一次的视频

4.2 保存10s的摄像头视频

上述的保存视频，是人为控制的，这里提供代码可以录制固定时长的视频

代码：

import cv2capture = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW) # 打开笔记本内置摄像头
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc('X', 'V', 'I', 'D') # 确定视频被保存后的编码格式
fps = 20 # 帧速率
# 创建VideoWriter类对象
output = cv2.VideoWriter("ten_Seconds.avi", fourcc, fps, (640, 480))
frame_Num = 10 * fps # 时长为10秒的摄像头视频含有的帧数
# 笔记本内置摄像头被打开且时长为10秒的摄像头视频含有的帧数大于0
while (capture.isOpened() and frame_Num > 0):retval, frame = capture.read() # 从摄像头中实时读取视频if retval == True: # 读取到摄像头视频后output.write(frame) # 在VideoWriter类对象中写入读取到的帧cv2.imshow("frame", frame) # 在窗口中显示摄像头视频key = cv2.waitKey(1) # 窗口的图像刷新时间为1毫秒frame_Num -= 1 # 时长为10秒的摄像头视频含有的帧数减少一帧
capture.release() # 关闭笔记本内置摄像头
output.release() # 释放VideoWriter类对象
cv2.destroyAllWindows() # 销毁显示摄像头视频的窗口

展示：

右键可以查看视频的属性：

4.3 读取视频文件并且保存视频文件

读取视频文件，然后将视频保存

代码：

import cv2video = cv2.VideoCapture("公司宣传.avi") # 打开视频文件
fps = video.get(cv2.CAP_PROP_FPS) # 获取视频文件的帧速率
# 获取视频文件的帧大小
size = (int(video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH)),int(video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT)))
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc('X', 'V', 'I', 'D') # 确定视频被保存后的编码格式
output = cv2.VideoWriter("copy.avi", fourcc, fps, size) # 创建VideoWriter类对象
while (video.isOpened()): # 视频文件被打开后retval, frame = video.read() # 读取视频文件if retval == True: # 读取到视频文件后output.write(frame) # 在VideoWriter类对象中写入读取到的帧else:break
print("公司宣传.avi已经保存为PyCharm当前项目路径下的copy.avi。") # 控制台输出提示信息
video.release() # 关闭视频文件
output.release() # 释放VideoWriter类对象

4.4 读取视频并保存前10s的视频文件

代码如下：

import cv2video = cv2.VideoCapture("公司宣传.avi") # 打开视频文件
fps = video.get(cv2.CAP_PROP_FPS) # 获取视频文件的帧速率
# 获取视频文件的帧大小
size = (int(video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH)),int(video.get(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT)))
fourcc = cv2.VideoWriter_fourcc('X', 'V', 'I', 'D') # 确定视频被保存后的编码格式
output = cv2.VideoWriter("ten_Seconds.avi", fourcc, fps, size) # 创建VideoWriter类对象
frame_Num = 10 * fps # 视频文件的前10秒视频含有的帧数
# 视频文件被打开后且视频文件的前10秒视频含有的帧数大于0
while (video.isOpened() and frame_Num > 0):retval, frame = video.read() # 读取视频文件if retval == True: # 读取到视频文件后output.write(frame) # 在VideoWriter类对象中写入读取到的帧frame_Num -= 1 # 视频文件的前10秒视频含有的帧数减少一帧
# 控制台输出提示信息
print("公司宣传.avi的前10s视频已经保存为PyCharm当前项目路径下的ten_Seconds.avi。")
video.release() # 关闭视频文件
output.release() # 释放VideoWriter类对象

展示：