検出した物体の時間計測について

Question

現在、カメラが円を検出した場合何秒写っていたかを計測するプログラムを作成しています。コードは以下の通りです。

import numpy as np
import cv2
import time
import csv

f = open("cl_save.csv","a")
csvWriter = csv.writer(f)
cap = cv2.VideoCapture(0)
start = None

while True:
    ret, frame = cap.read()
    if not ret:
        break

    gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    gray1 = cv2.GaussianBlur(gray, (5, 5), 1)
    circles = cv2.HoughCircles(gray1, cv2.HOUGH_GRADIENT, 1, 60,
                               param1=10, param2=85, minRadius=0, maxRadius=85)

    if circles is not None and start is None:
        start = time.time()
        circles = np.uint16(np.around(circles))
        for i in circles[0,:]:
            cv2.circle(frame,(i[0],i[1]),i[2],(0,0,0),2)
            cv2.circle(frame,(i[0],i[1]),2,(0,0,0),3)   

    if circles is not None and start is not None:
        circles = np.uint16(np.around(circles))
        for i in circles[0,:]:
            cv2.circle(frame,(i[0],i[1]),i[2],(0,0,0),2)
            cv2.circle(frame,(i[0],i[1]),2,(0,0,0),3) 

    elif circles is None and start is not None:      
        elapsed_time = time.time() - start



        print(elapsed_time)
        listData = []
        listData.append(str(elapsed_time))
        csvWriter.writerow(listData)
        start = None

    cv2.imshow('preview', gray1)

    key = cv2.waitKey(10)
    if key == ord("q"):
        break

cv2.destroyAllWindows()

動かしてみたところ、時間を計測するようになったものの、前のフレームで円があったかなかったかでしか評価していないため、個々の円の時間は計測できていませんでした。そこで、円を中心座標により区別し、各座標でフレーム間処理を行えるようにしようと考えました。しかし、あまりプログラムに詳しくなく、どのように上記の内容を実現すればいいかわかりませでした。
OpenCV3にはラベリングパッケージがあることがわかったのですが、以下のサイトを見たところ、私がやろうとしていた検出した円を区別できるようにするためには使えないということがわかりました。
OpenCV3.0kから入ったラベリング処理について
検出した円を中心座標により区別し、各座標でフレーム間処理(時間計測)を行う場合、どのようにすれば検出した円の座標を保存できるのか、また、そもそも私が作成したいプログラムは実現可能なのか教えていただけると助かります。
長文かつわかりづらい文章となってしまい申し訳ありません。

Answer 1

• 各円は、一定速度以下で動く
• 異なる円はそれぞれある程度離れている

という条件であれば可能です。以下、概念コードを示します。
問題を単純化するため、各円は中心位置（点）のみで管理しています。

基本的な考えとしては、領域内に残留している点を保持しておき
現フレームに映っている各点が、新規に侵入 or 残留 した点かを判定しています。
さらに、前フレームに存在したが現フレームに存在しない点を離脱判定しています。

コード書くのに力尽きたので詳細な説明は省きます。

from datetime import datetime
import math

FIND_DIST = 10 # 移動前後での同一点とみなす距離（最大移動速度）

# 領域内の点群を保持。ID, 現在も領域内に残留しているか, 現在位置, 侵入日時 を記録
targets = [] # [{'id':1, 'bIn':True, 'pos':[10,20],'in_time':'2018-11-16 19:51:02.516124'}, ...]

# 領域内に存在する点群の位置を取得
# Enterキーのみで終了
def inp_points():
    pts = []
    while True: # 点の数だけ
        s = input('領域にある点の位置を入力(10,20など):')
        pt = s.split(',')
        if len(pt) < 2:
            break
        pts.append( (float(pt[0]), float(pt[1])))
    return pts

id = 1
while True:
    now_time = datetime.now()

    # 現在、領域内に存在する点群の位置を取得
    pts = inp_points()
    if len(pts) <= 0:
        break # 点群なし -> 全体終了

    # 既存の点群の残留フラグをリセット（存在しない状態に）
    for tgt in targets:
        tgt['bIn'] = False

    new_tgts = []

    # 現在の領域内の点群に対し、残留 or 侵入したか判定
    for pt in pts:
        bIn = False
        for tgt in targets:
            # 既存の点＝残留なら位置を更新
            if math.sqrt( math.pow(pt[0] - tgt['pos'][0], 2) + math.pow(pt[1] - tgt['pos'][1], 2)) <= FIND_DIST:
                tgt['bIn'] = True
                tgt['pos'] = pt
                bIn = True

        # 既存の点ではない -> 侵入した点として登録
        if not bIn:
            new_tgt = {'id':id,'bIn':True,'pos':pt,'in_time':now_time}
            new_tgts.append(new_tgt)
            print('侵入：', new_tgt)
            id += 1

    # 既存の残留点のうち、領域を離脱したものか判定
    for tgt in targets:
        if tgt['bIn']: # 残留
            new_tgts.append(tgt)
        else:         # 離脱
            print('離脱：',tgt)
            print('{}sec'.format((now_time - tgt['in_time']).total_seconds()))

    targets = new_tgts
    print('-----')

# 最後まで領域に残っていた点群
for tgt in targets:
    print('残留：',tgt)

実行結果例

領域にある点の位置を入力(10,20など):10,10
領域にある点の位置を入力(10,20など):10,50
領域にある点の位置を入力(10,20など):
侵入： {'in_time': datetime.datetime(2018, 11, 16, 20, 55, 12, 328722), 'pos': (10.0, 10.0), 'id': 1, 'bIn': True}
侵入： {'in_time': datetime.datetime(2018, 11, 16, 20, 55, 12, 328722), 'pos': (10.0, 50.0), 'id': 2, 'bIn': True}
-----
領域にある点の位置を入力(10,20など):15,10
領域にある点の位置を入力(10,20など):15,50
領域にある点の位置を入力(10,20など):
-----
領域にある点の位置を入力(10,20など):20,10
領域にある点の位置を入力(10,20など):
離脱： {'in_time': datetime.datetime(2018, 11, 16, 20, 55, 12, 328722), 'pos': (15.0, 50.0), 'id': 2, 'bIn': False}
44.393635sec
-----
領域にある点の位置を入力(10,20など):
残留： {'in_time': datetime.datetime(2018, 11, 16, 20, 55, 12, 328722), 'pos': (20.0, 10.0), 'id': 1, 'bIn': True}

Comments

[tasuke]

サンプルコードまで書いていただいてありがとうございます。私は生物系の学生なのですが、研究室の教授にシステム作成の研究を任されてしまい、急きょプログラミングをやることになり知識も情報もなく大変困っていたところでした。本当にありがとうございます。