실습 4 — 배경 빼기로 움직이는 물체에 상자 그리기

import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams["font.family"] = "Malgun Gothic"
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False

cap = cv2.VideoCapture("ch15_yard.mp4")
frames = []
while True:
    ok, frame = cap.read()
    if not ok:
        break
    frames.append(frame)
cap.release()

# np.stack: 프레임 60장을 (60, 세로, 가로, 3) 하나로 쌓는다
stack = np.stack(frames)
# axis=0(프레임 방향)으로 칸마다 중앙값을 낸다. 잠깐 지나간 공과 수레는 지워진다
background = np.median(stack, axis=0).astype(np.uint8)
print("쌓은 모양:", stack.shape, "→ 배경 모양:", background.shape)
print("배경 저장:", cv2.imwrite("out_ch15_background.png", background))

bg_gray = cv2.cvtColor(background, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
kernel = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_ELLIPSE, (5, 5))

def find_boxes(frame, min_area=100):
    """배경과 다른 흰 덩어리를 찾아 (마스크, 상자 목록)을 돌려준다."""
    gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    diff = cv2.absdiff(gray, bg_gray)                               # 배경과 다른 정도
    _, mask = cv2.threshold(diff, 30, 255, cv2.THRESH_BINARY)       # 8차시: 30 넘으면 전경
    mask = cv2.morphologyEx(mask, cv2.MORPH_OPEN, kernel)           # 9차시: 작은 잡티 지우기
    # 12차시: 흰 덩어리의 바깥 윤곽선만(RETR_EXTERNAL) 꼭짓점만 줄여(CHAIN_APPROX_SIMPLE) 찾는다
    contours, _ = cv2.findContours(mask, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
    boxes = []
    for c in contours:
        if cv2.contourArea(c) >= min_area:                          # 넓이가 작은 덩어리는 버린다
            boxes.append(cv2.boundingRect(c))                       # (x, y, 가로, 세로)
    return mask, sorted(boxes)

drawn = {}
for no in (10, 20, 35, 40, 55):
    mask, boxes = find_boxes(frames[no])
    view = frames[no].copy()
    for x, y, bw, bh in boxes:
        cv2.rectangle(view, (x, y), (x + bw, y + bh), (38, 93, 254), 2)   # 다홍(BGR) 상자
    drawn[no] = view
    print(f"{no:2}번 프레임: 물체 {len(boxes)}개 {boxes}")

# createBackgroundSubtractorMOG2: 칸마다 자주 나오는 밝기를 배우는 배경 빼기 도구
mog = cv2.createBackgroundSubtractorMOG2(
    history=30,             # 최근 30장을 기억해 배경을 배운다
    varThreshold=25,        # 배운 밝기에서 이만큼 넘게 벗어나면 전경
    detectShadows=False,    # 그림자를 따로 표시하지 않는다(전경 255, 배경 0 만)
)
mog_masks, mog_ratios = [], []
for frame in frames:                       # 반드시 순서대로 넣는다
    fg = mog.apply(frame)                  # apply: 이 장으로 배경을 고치고 전경 마스크를 돌려준다
    mog_masks.append(fg)
    mog_ratios.append(float((fg > 0).mean()))

for no in (0, 1, 2, 10, 20, 35):
    print(f"{no:2}번 프레임의 전경 비율: {mog_ratios[no]:.3f}")

fig, axes = plt.subplots(2, 3, figsize=(11, 5.4))
top = [("중앙값 배경", background), ("35번: 배경 빼기 + 상자", drawn[35]), ("40번: 배경 빼기 + 상자", drawn[40])]
for ax, (title, img) in zip(axes[0], top):
    ax.imshow(cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB))
    ax.set_title(title)
for ax, no in zip(axes[1], (0, 20, 35)):
    ax.imshow(mog_masks[no], cmap="gray")
    ax.set_title(f"MOG2 {no}번 (전경 {mog_ratios[no]:.3f})")
for ax in axes.flat:
    ax.axis("off")
plt.tight_layout()
plt.show()