# 数理综合_数据分析

**Repository Path**: fourzkw/mathematical-synthesis-data

## Basic Information

- **Project Name**: 数理综合_数据分析
- **Description**: No description available
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: main
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 1
- **Forks**: 0
- **Created**: 2025-11-21
- **Last Updated**: 2026-06-09

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 视频分析器 (Video Analyzer)

单摆运动视频分析工具，用于测量和分析运动物体的角度变化、角速度和能量特性。

## 项目结构

```
Speed_measurement/
├── video_player.py              # 主视频分析器
├── video_all.py                 # 增强型视频处理器（含视频输出）
├── data_process.py              # 数据后处理与能量分析
├── create_trajectory_video.py   # 轨迹可视化视频生成
├── config.json                  # 配置文件
├── requirements.txt             # 依赖包列表
├── data/                        # 实验数据目录
└── README.md                    # 项目说明
```

## 代码功能说明

### video_player.py
主视频分析器，提供完整的视频处理和角度测量功能。

**核心功能：**
- **卡尔曼滤波器 (`KalmanFilter2D`)**：二维位置平滑，减少几何中心抖动
  - 基于匀速运动模型
  - 可调节过程噪声和测量噪声参数
  - 支持预测和更新操作

- **图像处理**：
  - 高斯模糊降噪
  - 对比度和亮度调整
  - 二值化处理
  - 实时参数调节

- **轮廓检测与分析**：
  - 基于面积过滤的轮廓识别
  - 多边形近似简化
  - 多目标追踪
  - 智能点匹配（避免连线相交）

- **角度计算**：
  - 以竖直向上为0°的角度系统
  - 实时角度测量和显示
  - 角度历史记录

- **数据导出**：
  - CSV格式保存（时间、角度、坐标等）
  - 自动生成时间戳文件名

- **交互控制**：
  - 视频播放控制（暂停、逐帧、快进快退）
  - 鼠标选点和清除
  - 实时图表显示（可选）

### video_all.py
增强型视频处理器，整合视频分析和可视化输出功能。

**核心功能：**
- **三画面组合视频输出**：
  - 原始视频
  - 轮廓检测/多边形拟合视频
  - 实时数据图表（角度、角速度、能量）

- **数据处理**：
  - CSV数据导出
  - Savitzky-Golay滤波平滑
  - 卡尔曼滤波几何中心

- **实时图表生成**：
  - matplotlib动态绘图
  - 5个子图：角度、角速度、动能、势能、总机械能
  - 使用非交互后端（Agg）避免Qt错误

- **配置管理**：
  - JSON配置文件支持
  - 图像处理参数可调
  - 多轨迹支持

### data_process.py
CSV数据后处理和物理量计算工具。

**核心功能：**
- **数据读取与清理**：
  - 读取CSV文件
  - 自动清理时间异常数据点
  - 数据统计信息输出

- **平滑处理**：
  - Savitzky-Golay滤波器
  - 可调窗口大小和多项式阶数
  - 支持多轨迹数据

- **物理量计算**：
  - 角速度（数值微分）
  - 动能计算
  - 重力势能计算
  - 总机械能（动能+势能）

- **能量分析**：
  - 各轨迹总机械能
  - 系统总能量守恒检验
  - 能量随时间变化趋势

- **可视化输出**：
  - 生成8子图分析图表：
    - 原始角度 vs 平滑角度
    - 原始角速度 vs 平滑角速度
    - 动能、势能
    - 总机械能、系统能量守恒
  - 保存为PNG图片

- **数据导出**：
  - 保存处理后的CSV（包含所有计算结果）
  - 文件命名：`*_smoothed.csv`

### create_trajectory_video.py
生成原始视频与轨迹曲线的组合可视化视频。

**核心功能：**
- **视频文件自动查找**：
  - 支持多种格式（MOV, MP4, AVI等）
  - 在CSV同目录自动搜索

- **数据处理**：
  - 自动识别CSV类型（源数据或已平滑数据）
  - Savitzky-Golay平滑（源数据需要）
  - 时间异常数据清理

- **实时图表生成**：
  - matplotlib动态绘图
  - 5个子图（有能量数据时）或2个子图（无能量数据）
  - 随视频播放逐步绘制轨迹

- **视频合成**：
  - 左右分屏布局（原视频 + 轨迹图）
  - 可调视频宽度占比
  - 自适应分辨率
  - 输出MP4格式

- **多轨迹支持**：
  - 不同颜色区分多条轨迹
  - 实时更新所有轨迹数据
  - 显示当前数据点标记

- **配置参数**：
  - 输出帧率
  - 平滑窗口和多项式阶数
  - 视频宽度比例
  - 摆长等物理参数

### config.json
全局配置文件，存储图像处理和检测参数。

**配置项：**
- `threshold_value`：二值化阈值
- `gaussian_kernel`：高斯模糊核大小
- `contrast_alpha`：对比度系数
- `brightness_beta`：亮度调整值
- `target_count`：目标数量
- `contour_epsilon`：轮廓近似精度
- `min_contour_area`：最小轮廓面积
- `show_plot`：是否显示图表
- `plot_colors`：多轨迹颜色列表

## 技术栈

- **计算机视觉**：OpenCV (cv2)
- **数值计算**：NumPy, SciPy
- **数据处理**：Pandas
- **可视化**：Matplotlib
- **图像处理**：PIL/Pillow
- **信号处理**：scipy.signal (Savitzky-Golay滤波)
- **状态估计**：卡尔曼滤波器

## 数据流程

### 方式1：分步处理
```
视频输入 → video_player.py
              ↓
         CSV原始数据
              ↓
       data_process.py
              ↓
    CSV平滑数据 + 分析图表
              ↓
  create_trajectory_video.py
              ↓
       可视化视频输出
```

### 方式2：一步到位
```
视频输入 → video_all.py → CSV数据 + 三画面组合视频 + 实时图表
```