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zhenlxyx / video-capturer

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README.md

video-capturer

从视频中捕捉包含运动的画面

最新版本

ver 210112.1515

新增功能:

  • 现在支持从多达 9 个带 URL 的网络视频流(例如 http:// 或 rtsp://)中采集动态图像的支持

已知问题:

  • 此版本的 video-capturer 在较新版本的 macOS 上试图采集网络视频流时会在终端提示错误,导致采集无法继续

    错误信息:

    NSWindow drag regions should only be invalidated on the Main Thread!

    此种类型的错误暂时没有解决方案,可尝试在 macOS Catalina 以下、Python 3.7 以下的环境中,或使用其他操作系统运行本程序

  • 在采集网络视频流时,当与所有网络视频流的连接断开后,主程序可能会停止响应

  • 在 GUI 版本中,启用日志记录会显著拖慢采集速度,建议将 save_log 参数设置为 false

  • 在 Windows 上使用 CMD 版本时,部分 H264 编码的视频在采集过程中会在终端频繁提示错误,不影响采集,但可能影响性能,并显示错误的估计剩余时间

    错误信息:

    [NULL @ 00000230ac4d4a00] non-existing PPS 0 referenced

    变通办法:

    • 转换视频格式

    • 使用 GUI 版本的静默采集模式:

      pythonw vcgui.py
    • 使用 CMD 版本的静默采集模式:

      pythonw vccmd.py

系统支持

  • Windows, macOS, Linux
  • Python 3 以上
  • OpenCV 3 以上

软件结构

video-capturer 的默认结构如下:

目录 / 文件 描述 可设定 可删除
[video-capturer] 根目录
- [imagezmq] 图像采集过程中用到的包
- [input] “输入”目录 v v
- [log] 日志目录 v
- [output] “输出”目录 v v
- [pyimagesearch] 图像采集过程中用到的包
- [xiangzhenlu] 图像采集过程中用到的包
- conf.json 图像采集的设置文件示例(默认) v
- conf_2.json 图像采集的设置文件示例 v v
- install.py 软件安装程序
- README.md 软件说明文档
- streams.txt 待采集的网络视频流 URL 列表 v
- vccmd.py 软件主程序(CMD 版本)
- vcgui.py 软件主程序(GUI 版本)

注意:与软件功能非直接相关的文件虽不在上述列表中,亦不可删除。

准备工作

以运行 Windows 10 的设备为例:

  1. 安装 Python

    打开 Microsoft Store 应用,搜索“Python”并下载 Python 3.7 / 3.8。

  2. 安装依赖包

    在 video-capturer 目录下,以管理员身份打开命令提示符或 PowerShell,键入

    python install.py

    开始安装。安装完成后,即可开始使用 video-capturer。

注意:如果上述命令提示错误,请将 python 替换为 python3。

采集图像

可以使用命令行(CMD)版本或图形用户界面(GUI)版本之一的 video-capturer 进行采集。

使用命令行(CMD)版本

1. 准备采集源

如果从视频文件采集图像:

  • 准备视频文件,支持的视频文件格式:.mp4, .avi, .mov, .mpeg, .flv, .wmv

如果从摄像头采集图像:

  • 确保本机摄像头(或连接到本机的外接摄像头)可用

如果从网络视频流采集图像:

  • 确保网络视频流可用

2. 设置采集选项

video-capturer 使用 .json 文件规定采集图像过程中的设置,默认使用根目录下的 conf.json 文件。包括以下参数:

参数 描述 描述
show_video 在采集图像时显示视频源窗口。在某些系统环境下,禁用可以加快捕捉速度。 true 显示窗口
false 隐藏窗口
save_log 保存本次采集的日志。日志将保存到 log/ 目录下、以本次采集开始时间命名的 .log 文件中。部分错误信息不会出现在日志中。 true 保存日志
false 不保存日志
output_folder “输出”目录,即采集图像的保存位置,可以在本地、可移动介质或网络上,可以是相对路径(如 output/)或绝对路径(如 D:/)。 "路径",以 / 结尾 全部采集结果保存到路径下的“视频名称__设置名称”子文件夹中
annotation_type 采集图像标注,包括 PascalVOC 和 YOLO 格式。图像标注文件将保存到“视频名称__设置名称”文件夹下的 annotations 子文件夹中。 pascalvoc 保存为 PascalVOC 格式的 XML 文件
yolo 保存为 YOLO 格式的 TXT 文件
read_frames 视频文件的读法,即每几帧取一帧读。 1 按帧读取视频
n 每 n 帧取一帧读
capture_type 图像的采集算法,包括多帧加权平均法、二帧差分法、三帧差分法。 "avg" 多帧加权平均法
"two" 二帧差分法
"three" 三帧差分法
capture_images 图像的采集方式,包括应采尽采、采集多帧、采集多秒。该选项是一个数组,第一个参数规定侦测到运动时采集图像的方式,第二、三个参数规定相应数值(第三个值不存在时须填一个整数)。 ["all", n, 0] 应采尽采,每 n 帧取一帧保存
["frame", n, 0] 采集 n 帧
["second", m, n] 采集 m 秒,每 n 帧取一帧保存
min_motion_frames 运动帧最小值,即在图像保存到磁盘之前包含运动的连续帧的最小数量。值越小,保存的图像越多,但偶发运动的结果也会更多。 n 连续侦测到运动超过 n 帧,才保存这一批连续运动的图像
min_delta_thresh 阈值增量最小值,即令给定像素被判定为“运动”的、当前帧和平均帧 / 前帧之间的最小绝对值差。值越小,检测到的运动更多,但 false positive (假相关)的结果也会更多。 n 侦测到当前帧和平均帧 / 前帧之间的阈值增量达到 n 时,判定当前帧为“运动”
min_area 轮廓区域最小值,即令给定像素被判定为“运动”的、图像的最小区域面积(以像素为单位)。值越小,标注到更多运动区域的轮廓,具体大小可根据需要判定的物体调整。 n 侦测到运动的像素面积达到 n 时,判定该区域包含运动的物体
json_created 此 .json 文件的创建时间。若要在其他地方使用此参数,请按照 YYYY-MM-DD HH:MM 的格式填写。 "YYYY-MM-DD HH:MM" 在此时间创建
json_notes 此 .json 文件的注释。 "注释"

注意:

  • 彼此相似(例如从同一个摄像头获取、拍摄相同环境或类似物体)的视频可以使用相同的 .json 文件进行批处理。如果视频间差异太大,可能需要分别采用不同的 .json 文件以保障采集精度。
  • 如果视频文件的输入位置位于可移动介质或网络上,采集速度将受到额外影响。

3. 开始采集

在 video-capturer 目录下,打开命令提示符或 PowerShell。

在继续之前,请留意键入命令的结构:

python vccmd.py -c <用户设置文件路径> -i <采集来源类型> -p <采集来源路径>

其中,有两个必需参数:

  • -i 或 --input:可用值包括 folder(单个文件夹)、files(单个视频文件)、webcam(摄像头)、network(网络视频流)
  • -p 或 --path(当 -i 为 folder 或 files 时必需):到单个文件或文件夹的路径

根据这些参数的排列组合,有如下几种采集模式:

  • 正常采集:

    加载 conf.json 配置文件,采集单个文件

    python vccmd.py -i file -p example_01.mp4

    加载 conf.json 配置文件,采集整个目录

    python vccmd.py -i folder -p input/

    加载 conf.json 配置文件,采集摄像头

    python vccmd.py -i webcam

    加载 conf.json 配置文件,采集网络视频流

    python vccmd.py -i network

    加载用户自定义的配置文件,采集单个文件

    python vccmd.py -c conf_2.json -i files -p example_01.mp4
  • 静默采集:

    加载 conf.json 配置文件,采集单个文件

    pythonw vccmd.py -i files -p example_01.mp4

在 video-capturer 提示“现在开始采集?[y/n]”语句后,键入 y 并回车,采集过程将开始。

采集过程中,将弹出视频源窗口(如果适用)。

如果从视频文件采集图像:

  • 采集将自动进行,并在所有视频文件完成之后自动中止

如果从摄像头采集图像:

  • 采集将自动进行,并在按下键盘快捷键时中止

如果从网络视频流采集图像:

  • 采集将自动进行,并在按下键盘快捷键时中止

注意:

  • 为防止因权限不足,无法创建文件或文件夹而中断后续的采集过程,建议以管理员身份运行命令提示符或 PowerShell。

  • 如果上述命令提示错误,请将 python 替换为 python3。

  • 尽管在 CMD 版本下,只支持一次采集单个文件,但输入的命令中仍采用复数形式的 files。

  • 如果出现以下错误,请暂时在本机禁用所用网络的防火墙:

    Assertion failed: error not defined [0] (bundled\zeromq\src\err.cpp:383)
  • 在某些系统环境下,采集时的以下操作将会使采集暂停:

    • 对视频源窗口进行拖拽:松开鼠标即可恢复采集
    • 在命令提示符或 PowerShell 窗口中单击:按 ESC 即可恢复采集
  • 如果同时启用了静默采集和隐藏窗口选项,可以通过日志文件和 Windows 任务管理器中的 Python 进程确定采集进程。

4. 中止采集

采集过程中,可以使用键盘快捷键中止过程:

  • 按下 Q 键:中止全部采集
  • 按下 S 键:跳过对当前视频的采集(如果适用)

或者通过 Ctrl + C 中止程序。

注意:

  • 在某些系统环境下,将鼠标热点置于视频源窗口时,键盘快捷键才会生效。
  • 在 Windows 下,程序将监听全局的键盘按键。例如,如果在其他程序中按下了以上两个按键,将触发相应操作。

使用图形用户界面(GUI)版本

1. 准备采集源

如果从视频文件采集图像:

  • 准备视频文件,支持的视频文件格式:.mp4, .avi, .mov, .mpeg, .flv, .wmv

如果从摄像头采集图像:

  • 确保本机摄像头(或连接到本机的外接摄像头)可用

如果从网络视频流采集图像:

  • 确保网络视频流可用

2. 打开程序

在 video-capturer 目录下,打开命令提示符或 PowerShell,键入

pythonw vcgui.py

待图形用户界面显示后,可以关闭打开的命令提示符或 PowerShell。

注意:如果上述命令提示错误,请将 pythonw 替换为 python 或 python3。但在后两种情况下,待图形用户界面显示后,不可关闭打开的命令提示符或 PowerShell,否则程序将退出。

3. 设置采集选项

在窗口左侧,指定一种采集来源。

如果从视频文件采集图像:

  • 单击“选择”按钮添加相应的文件夹或文件
  • 单击“清空”按钮清除上次采集的文件列表

如果从摄像头采集图像:

  • 请继续阅读下面的步骤

如果从网络视频流采集图像:

  • 单击“修改”按钮编辑待采集的网络视频流 URL 清单
  • 在打开的文本文档中,每行键入一个网络视频流的 URL(例如 http:// 或 rtsp://),最多不超过 6 个视频流(超过的部分将被忽略),编辑完成后请保存修改

在窗口右侧,指定要使用的 .json 设置文件,也可以新建设置文件。如果弹出了“错误”对话框,请按提示进行操作。单击“修改”链接可以调整每项采集设置。单击“保存修改”应用到 .json 设置文件和即将进行的采集。

当采集来源、.json 设置文件均设置好后,即可单击“开始采集”按钮进行采集。

4. 开始采集

采集过程中,将弹出采集指示窗口和视频源窗口(如果适用)。

如果从视频文件采集图像:

  • 采集将自动进行,并在单击“停止采集”按钮时、或所有视频文件完成之后中止并弹出对话框

如果从摄像头采集图像:

  • 采集将自动进行,并在单击“停止采集”按钮时中止

如果从网络视频流采集图像:

  • 采集将自动进行,并在单击“停止采集”按钮时中止

注意:

  • 如果单击“开始采集”之后程序没有响应,请暂时在本机禁用所用网络的防火墙,然后重试。
  • 在摄像头、网络视频流采集模式下,单击“停止采集”按钮将同时关闭程序窗口。

5. 中止采集

采集过程中:

  • 单击“停止采集”按钮:中止全部采集
  • 单击“跳过”链接:跳过对当前视频的采集(如果适用)

查看结果

  • 采集图像:
    • **如果从视频文件采集图像:**位于“output/视频名称__设置名称”目录下
    • **如果从摄像头采集图像:**位于“output/webcam__设置名称”目录下
    • **如果从网络视频流采集图像:**位于“output/network__设置名称/网络视频流名称”目录下
  • 视频信息:展示源视频的运动帧分布信息(包括帧编号、时间码和 min_area 轮廓),便于分析运动的分布和强度。包括 vinfo.csv 和 vinfo.png
    • **如果从视频文件采集图像:**位于与采集图像相同目录下
    • 其他采集源将不生成视频信息文件
  • 图像标注:标注采集图像时识别运动的轮廓坐标,可用 LabelImg 程序打开,便于机器学习时使用。与采集图像命名一一对应(如果标注类型为 YOLO,另有一个 classes.txt 文件),位于采集图像目录下的“annotations”子目录下
  • 采集日志:如果设置了保存日志,位于 log/ 目录下

常见问题

问:采集的图像数量太多怎么办?

答:采集的图像数量多,常常与采集结果中 false positive 太多有关,具体请参见下一个问题。但是,如果仅仅希望降低采集图像的数量,可采用以下方法之一:

  • 提高 read_frames 的 n 值
  • 如果将 capture_images 设置为“all”,则提高 n 值
  • 如果将 capture_images 设置为“frame”,则降低 n 值
  • 如果将 capture_images 设置为“seconds”,则降低 m 值、提高 n 值
  • 采用下一个问题中的方法(推荐)

问:采集的图像中,false positive 太多怎么办?

答:采集的图像 false positive 多,意味着采集的标准过于宽松。要增加结果的相关性,可采用以下方法之一:

  • 提高 min_motion_frames 的 n 值
  • 提高 min_delta_thresh 的 n 值(推荐)
  • 提高 min_area 的 n 值

问:可以采集移动存储设备、局域网或网络上的视频文件吗?

答:可以,CMD 版本支持挂载到某一盘符(如 Z:/)下的网络位置,并直接从此位置采集。GUI 版本支持网络位置,无论它是否挂载到盘符,但采集时,系统会将待采集的文件缓存到本地。如果视频文件的输入位置位于可移动介质或网络上,采集速度将受到影响。

参考

本软件使用了以下开源代码:

  • 多帧加权平均法基于 Adrian Rosebrock 在 PyImageSearch 的成果。
  • 帧间差分法基于斩铁剑圣在知乎 Teamwork 专栏的成果。
  • 图形用户界面基于 tkinter 和 PAGE 构建。

更新历史

ver 200601.1350

新增功能:

  • 在视频窗口上显示当前视频的估计剩余时间

修复问题:

  • 修复了在静默采集且隐藏窗口的设置下,不能正常采集的问题

ver 200617.1311

新增功能:

  • 现在可以在 .json 文件中使用 input_files 参数,指定待采集的某个或几个视频文件
  • 现在可以在 .json 文件中加入创建时间和注释,便于更好管理不同的采集设置

修复问题:

  • 优化了对不同平台上安装依赖包的支持

ver 200622.1157

新增功能:

  • 增加了采集前的确认信息

ver 200625.2340

新增功能:

  • 增加了图形用户界面(GUI)版本
  • 调整了命令行(CMD)版本键入的参数

移除功能:

  • 移除了 .json 文件中的 input_type, input_folder 和 input_files 参数,将在每次采集前指定

修复问题:

  • 优化了对不同平台上安装依赖包的支持
  • 修复了在“输入”文件夹中存在非图像文件时影响采集的问题
  • 修改了计算视频帧数的方法,避免特定视频被错误计算,导致采集失败的问题

ver 200626.2326

新增功能:

  • 在 GUI 版本中增加了清空待采集文件列表的按钮

ver 200714.1200

新增功能:

  • 增加了从摄像头、网络视频流采集图像的支持
  • 增加了采集图像标注支持,包括 PascalVOC 和 YOLO 两种格式,可在机器学习中使用
  • 在 GUI 版本中增加了深色 / 浅色模式的支持,在晚 19 时至早 7 时之间运行程序,会以深色模式显示程序窗口
  • 优化了采集算法
  • 增加了 CMD 版本可供键入的参数

移除功能:

  • 移除了 .json 文件中的 save_annotation 参数,将按照新增的 annotation_type 参数指定的格式保存采集图像标注
  • 简化了视频信息图

修复问题:

  • 优化了对不同平台上安装依赖包的支持

ver 200715.1435

修复问题:

  • 修复了视频采集之前程序冻结的问题

ver 201013.2100

新增功能:

  • 增加了从多达 6 个带 URL 的网络视频流(例如 http:// 或 rtsp://)中采集动态图像的支持

修复问题:

  • 修复了在某些环境下使用 install.py 安装失败的问题

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