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C++使用OpenCV進(jìn)行物體識(shí)別與檢測(cè)的三種方法

 更新時(shí)間:2025年04月03日 08:46:02   作者:威哥說(shuō)編程  
物體識(shí)別與檢測(cè)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的核心任務(wù)之一,它被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、安防監(jiān)控、圖像分析等領(lǐng)域,通過(guò)物體檢測(cè)技術(shù),計(jì)算機(jī)能夠從圖像中識(shí)別出特定的物體或目標(biāo),本文將介紹如何使用 C++ 和 OpenCV 庫(kù)進(jìn)行物體識(shí)別與檢測(cè),需要的朋友可以參考下

1. OpenCV 環(huán)境配置回顧

在進(jìn)行物體識(shí)別與檢測(cè)之前,需要先確保安裝并配置好 OpenCV 庫(kù)。如果你還沒(méi)有配置 OpenCV,可以參考以下步驟:

  1. 安裝 OpenCV:你可以通過(guò)官網(wǎng)下載安裝包,或者使用 vcpkg 或 conan 等包管理工具來(lái)安裝 OpenCV。

  2. 配置 IDE:確保 IDE(如 Visual Studio 或 CLion)正確設(shè)置了 OpenCV 的路徑,包含頭文件路徑和庫(kù)文件路徑。

2. Haar 特征分類器

Haar 特征分類器是一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的物體檢測(cè)方法,最早用于人臉檢測(cè)。OpenCV 提供了預(yù)訓(xùn)練的 Haar 分類器模型,可以快速進(jìn)行人臉、眼睛、行人等物體的檢測(cè)。

人臉檢測(cè)

OpenCV 提供了多個(gè)預(yù)訓(xùn)練的分類器,如 haarcascade_frontalface_default.xml 用于人臉檢測(cè)。我們可以直接加載這個(gè)分類器進(jìn)行人臉檢測(cè)。

#include <opencv2/opencv.hpp>
using namespace cv;
 
int main() {
    // 讀取輸入圖像
    Mat image = imread("people.jpg");
 
    if (image.empty()) {
        std::cout << "Error loading image!" << std::endl;
        return -1;
    }
 
    // 將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖
    Mat grayImage;
    cvtColor(image, grayImage, COLOR_BGR2GRAY);
 
    // 加載預(yù)訓(xùn)練的人臉?lè)诸惼?
    CascadeClassifier faceCascade;
    if (!faceCascade.load("haarcascade_frontalface_default.xml")) {
        std::cout << "Error loading cascade file!" << std::endl;
        return -1;
    }
 
    // 檢測(cè)人臉
    std::vector<Rect> faces;
    faceCascade.detectMultiScale(grayImage, faces);
 
    // 繪制矩形框標(biāo)記人臉
    for (size_t i = 0; i < faces.size(); i++) {
        rectangle(image, faces[i], Scalar(0, 255, 0), 2);
    }
 
    // 顯示檢測(cè)結(jié)果
    imshow("Detected Faces", image);
    waitKey(0);
 
    return 0;
}
  • CascadeClassifier::load() 方法用于加載預(yù)訓(xùn)練的 Haar 分類器文件。

  • detectMultiScale() 方法用于檢測(cè)圖像中的人臉,返回值是一個(gè) Rect 向量,包含檢測(cè)到的人臉矩形區(qū)域。

  • rectangle() 方法用來(lái)在圖像上繪制矩形框。

其他分類器

OpenCV 提供了多種 Haar 分類器,用于檢測(cè)眼睛、上半身、下半身等物體。例如:

CascadeClassifier eyeCascade;
eyeCascade.load("haarcascade_eye.xml");
eyeCascade.detectMultiScale(grayImage, eyes);

3. HOG 特征與行人檢測(cè)

HOG(Histogram of Oriented Gradients)特征是另一種常用于物體檢測(cè)的技術(shù),特別適用于行人檢測(cè)。OpenCV 中提供了一個(gè) HOGDescriptor 類,用于提取 HOG 特征,并結(jié)合支持向量機(jī)(SVM)進(jìn)行行人檢測(cè)。

行人檢測(cè)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <opencv2/objdetect.hpp>
using namespace cv;
 
int main() {
    // 讀取輸入圖像
    Mat image = imread("people.jpg");
 
    if (image.empty()) {
        std::cout << "Error loading image!" << std::endl;
        return -1;
    }
 
    // 創(chuàng)建 HOG 描述符
    HOGDescriptor hog;
    hog.setSVMDetector(HOGDescriptor::getDefaultPeopleDetector());
 
    // 檢測(cè)圖像中的行人
    std::vector<Rect> foundLocations;
    hog.detectMultiScale(image, foundLocations);
 
    // 在圖像中繪制檢測(cè)到的行人位置
    for (size_t i = 0; i < foundLocations.size(); i++) {
        rectangle(image, foundLocations[i], Scalar(0, 255, 0), 2);
    }
 
    // 顯示檢測(cè)結(jié)果
    imshow("Detected People", image);
    waitKey(0);
 
    return 0;
}
  • HOGDescriptor 是用于提取 HOG 特征的 OpenCV 類,detectMultiScale() 方法用來(lái)進(jìn)行行人檢測(cè)。

  • getDefaultPeopleDetector() 是一個(gè)預(yù)訓(xùn)練的行人檢測(cè)器。

4. 基于深度學(xué)習(xí)的物體檢測(cè)

除了傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法,基于深度學(xué)習(xí)的物體檢測(cè)已經(jīng)成為主流。OpenCV 支持通過(guò)深度學(xué)習(xí)框架(如 Caffe、TensorFlow、ONNX)加載并使用預(yù)訓(xùn)練的深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行物體檢測(cè)。

使用預(yù)訓(xùn)練模型進(jìn)行物體檢測(cè)

以 YOLO(You Only Look Once)為例,YOLO 是一個(gè)非常流行的實(shí)時(shí)物體檢測(cè)模型,它能夠同時(shí)檢測(cè)圖像中的多個(gè)物體并返回類別與位置。OpenCV 支持加載和使用 YOLO 模型進(jìn)行物體檢測(cè)。

  1. 下載 YOLO 模型

    • 下載 YOLOv3 權(quán)重文件(yolov3.weights)和配置文件(yolov3.cfg)。

    • 下載 COCO 類別文件(coco.names)。

  2. 使用 YOLO 模型進(jìn)行物體檢測(cè)

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <opencv2/dnn.hpp>
using namespace cv;
using namespace cv::dnn;
 
int main() {
    // 加載 YOLO 模型
    Net net = readNet("yolov3.weights", "yolov3.cfg");
    std::vector<String> outNames = net.getUnconnectedOutLayersNames();
 
    // 加載類別名稱
    std::ifstream ifs("coco.names");
    std::vector<std::string> classes;
    std::string line;
    while (getline(ifs, line)) {
        classes.push_back(line);
    }
 
    // 讀取輸入圖像
    Mat image = imread("image.jpg");
 
    // 轉(zhuǎn)換圖像為 YOLO 輸入格式
    Mat blob = blobFromImage(image, 1 / 255.0, Size(416, 416), Scalar(), true, false);
 
    // 設(shè)置網(wǎng)絡(luò)輸入
    net.setInput(blob);
 
    // 獲取 YOLO 輸出
    std::vector<Mat> outs;
    net.forward(outs, outNames);
 
    // 處理輸出
    for (size_t i = 0; i < outs.size(); i++) {
        Mat detectionMat = outs[i];
        for (int j = 0; j < detectionMat.rows; j++) {
            // 提取檢測(cè)框信息(置信度、類標(biāo)簽、邊界框)
            float confidence = detectionMat.at<float>(j, 4);
            if (confidence > 0.5) {  // 只顯示置信度大于 0.5 的檢測(cè)結(jié)果
                int classId = -1;
                float maxClassConf = -1;
                for (int k = 5; k < detectionMat.cols; k++) {
                    if (detectionMat.at<float>(j, k) > maxClassConf) {
                        maxClassConf = detectionMat.at<float>(j, k);
                        classId = k - 5;
                    }
                }
 
                // 計(jì)算邊界框
                int x = int(detectionMat.at<float>(j, 0) * image.cols);
                int y = int(detectionMat.at<float>(j, 1) * image.rows);
                int width = int(detectionMat.at<float>(j, 2) * image.cols);
                int height = int(detectionMat.at<float>(j, 3) * image.rows);
 
                // 繪制邊界框
                rectangle(image, Rect(x, y, width, height), Scalar(0, 255, 0), 2);
                putText(image, classes[classId], Point(x, y - 5), FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, Scalar(0, 255, 0), 2);
            }
        }
    }
 
    // 顯示檢測(cè)結(jié)果
    imshow("YOLO Object Detection", image);
    waitKey(0);
 
    return 0;
}
  • readNet() 方法加載 YOLO 模型的權(quán)重和配置文件。

  • blobFromImage() 方法將輸入圖像轉(zhuǎn)換為適合 YOLO 模型的輸入格式。

  • forward() 方法執(zhí)行前向推理,獲取檢測(cè)結(jié)果。

  • 根據(jù) YOLO 輸出的邊界框、置信度和類別信息,我們可以在圖像上繪制邊界框并顯示物體類別。

5. 總結(jié)

在本文中,我們介紹了如何使用 C++ 和 OpenCV 進(jìn)行物體識(shí)別與檢測(cè)。我們覆蓋了以下幾種常見(jiàn)的方法:

  • Haar 特征分類器:用于人臉、眼睛等物體檢測(cè),適合實(shí)時(shí)檢測(cè)任務(wù)。

  • HOG 特征與行人檢測(cè):利用 HOG 特征結(jié)合 SVM 進(jìn)行行人檢測(cè)。

  • 基于深度學(xué)習(xí)的物體檢測(cè):使用 YOLO 等深度學(xué)習(xí)模型進(jìn)行物體檢測(cè),能夠識(shí)別多種物體并返回其類別和位置。

這些方法適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景,可以根據(jù)具體需求選擇合適的算法和模型。在未來(lái)的開(kāi)發(fā)中,物體檢測(cè)技術(shù)將繼續(xù)發(fā)揮重要作用,助力人工智能的進(jìn)一步發(fā)展。

以上就是C++使用OpenCV進(jìn)行物體識(shí)別與檢測(cè)的三種方法的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于C++ OpenCV物體識(shí)別與檢測(cè)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!

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