Opencv 제대로 쓰기[1] - 컴퓨터 내 영상/동영상 입출력

 안녕하세요. 지난 포스팅의 Opencv 제대로 쓰기[0]에서는 환경설정 및 간단한 테스트를 해보았습니다. 오늘은 본격적으로 opencv를 다루어보도록 하겠습니다. 가장 기본이라고 할 수 있는 영상 및 동영상을 불러오고 저장하는 방법에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 

 

1. 컴퓨터에 있는 영상 불러오기 및 저장하기

 컴퓨터에 있는 영상을 불러오는 것은 지난 포스팅에서 간단하게 테스트 해보았듯이 기본적으로 cv2.imread(fileName, flag)가 기본입니다. 각 입력 파라미터는 아래와 같습니다. 

 

• fileName (str): 영상 경로
• flag (int): 영상을 불러올 때 옵션 
• Return : 영상 객체
  • Return Type : numpy.ndarray

 여기서 flag 옵션은 다시 한번 3개로 나뉘게 됩니다.

 

• cv2.IMREAD_COLOR (1) : 영상 파일을 Color로 입력
• cv2.IMREAD_GRAYSCALE (0) : 영상 파일을 Gray Scale로 입력
• cv2.IMREAD_UNCHANGED (-1) : 영상 파일을 alpha channel(투명도 채널)을 포함하여 입력

 각 옵션은 옆에 붙은 0, 1, -1의 정수로 대체할 수 있습니다. 그리고 영상을 불러오는 것을 실패하면 위 함수는 None을 반환해줍니다. 불러오는 것을 성공한다면 영상 객체가 반환됩니다. 그리고 그 타입은 numpy.ndarray이죠. 즉, 넘파이 라이브러리와 opencv는 뗄레야 뗄수없는 각별한 사이가 될 수 밖에 없습니다. 만약 넘파이 라이브러리에 대해서 아직 잘 모르신다면 제가 이전에 정리한 "넘파이 알고 쓰자" 시리즈를 틈틈히 보시는 것을 추천드립니다.(블로그 검색 창 : 넘파이 알고 쓰자를 입력하시면 됩니다.) 넘파이 배열의 특성을 아신다면 중요한 속성이 한가지 존재합니다. 바로 shape이죠. 이 부분은 넘파이 배열을 공부하시면 알 수 있기 때문에 설명은 생략하도록 하겠습니다.

 

 하지만 영상을 불러오기만 하면 아무것도 할 수 없습니다. 일단 사용자에게 띄워주어야겠죠? 이때 사용할 수 있는 함수가 cv2.imshow( title, image)입니다. 

 

• title (str): 윈도우 창의 제목
• image (numpy.ndarray): cv2.imread()의 반환값

 그리고 이 함수는 창을 하나 띄워서 입력된 영상을 보여줍니다. 여기서 주의할 점이 한 가지 있습니다. 바로 cv2.imshow 함수는 항상 함께 쓰이는 함수 2개가 존재합니다.

 

• cv2.waitKey() : 키보드 입력을 대기하는 함수로 "0"을 입력하면 입력이 들어올때까지 무한 대기, 0이 아닌 정수를 입력하면 해당 시간동안 milisecond를 대기
• cv2.destroyAllWindows() : 화면에 나타나는 원도우를 종료

 이를 이용해서 간단하게 띄운 것이 지난 포스팅의 코드입니다.

 

import cv2

# print("opencv-python version = ", cv2.__version__)

img = cv2.imread('./example/Lenna.png', cv2.IMREAD_COLOR) # Color Image Load
img = cv2.imread('./example/Lenna.png', cv2.IMREAD_GRAYSCALE) # Grayscale Image Load
print(img.shape)
cv2.imshow("Lenna", img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

 

Color Lenna

Grayscale Lenna

 지금은 어떠한 영상 처리도 적용하지 않았지만 어떠한 디지털 영상 처리(블러링, 샤프닝, 노이즈 제거 등등)을 했다고 가정하면 그 결과를 저장해야겠죠? 이때, 사용할 수 있는 함수가 cv2.imwrite(fileName, image)입니다. 

 

• fileName (str) : 저장될 파일명
• image (numpy.ndarray): 저장할 이미지

cv2.imwrite('result.png', img)

 

2. 컴퓨터에 있는 동영상 불러오기 및 저장하기

 지금까지 본 것은 영상(image)를 불러온 것입니다. 이번에는 동영상(video)를 불러오도록 하겠습니다. 사실 동영상을 불러오는 것도 영상과 크게 차이가 없기 때문에 쉽게 이해하실 수 있습니다. 기본적으로 필요한 함수는 cv2.VideoCapture()입니다. 그리고 그 과정은 아래와 같습니다. 

 

1. cv2.VideoCapture() 함수를 통해 VideoCapture Object를 생성합니다. 변수로 camera device index 또는 동영상 파일명을 넘겨줍니다. 만약 0으로 설정하면 자동으로 기본 장치의 카메라로 연결됩니다.
2. 반복문을 계속 돌면서 한 프레임씩 읽어옵니다.
3. 읽은 프레임에 대해서 변환작업을 수행하고 화면에 보여줍니다.
4. 영상 재생이 끝나면 VideoCapture Object를 release하고 window를 닫습니다.

 저희는 지금 파일로부터 동영상을 읽어올것이기 때문에 cv2.VideoCapture()에 파일명을 넘겨서 VideoCapture Object를 생성해주면 됩니다. 이때, 옳지않은 파일 경로라면 아예 오류를 띄우기 때문에 꼭 예외처리를 해주시길 바랍니다. 이제 어떤 변환을 적용해서 변환된 동영상을 저장할려고 한다면 cv2.VideoWriter(outputFile, fourcc, frame, size)를 사용하면 됩니다. 

 

• outputFile (str) : 저장될 파일명
• fourcc : Codec 정보, cv2.VideoWriter_fourcc()
• frame (float) : 초당 저장될 프레임
• size (list) : 저장될 사이즈

 예시 동영상은 제가 직접 찍은 것으로 해보도록 하겠습니다. 

 

 목표는 위 동영상을 수평으로 뒤집어서 저장하는 것입니다.

import cv2

cap = cv2.VideoCapture('./example/sample_video.MOV')

width = int(cap.get(3)) # 가로 길이 가져오기 
height = int(cap.get(4)) # 세로 길이 가져오기
fps = 20

fcc = cv2.VideoWriter_fourcc('M', 'J', 'P', 'G')
out = cv2.VideoWriter('output.avi', fcc, fps, (width, height))

while (cap.isOpened()) :
    ret, frame = cap.read()
    if ret :
        frame = cv2.flip(frame, 0)
        out.write(frame)
        cv2.imshow('frame', frame)

        if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q') : break
    else :
        print("Fail to read frame!")
        break

cap.release()
out.release()
cv2.destroyAllWindows()

 확실히 영상을 처리하는 것보다 코드는 조금 더 길어졌지만 그래도 중요한 부분이기 때문에 분석해보도록 하겠습니다. 제 노트북은 현재 맥북이기 때문에 cv2.VideoWriter_fourcc('M', 'J', 'P', 'G')로 썻지만 만약 OS가 윈도우이신 분들은 cv2.VideoWriter_fourcc('D', 'I', 'V', 'X')로 codec을 넣어주셔야합니다. 그리고 cv2.VideoWriter('output.avi', fcc, fps, (width, height))에서는 각각 불러올 영상의 경로, codec 정보, 저장할 초당 프레임(frame per second; fps), 그리고 저장할 동영상의 사이즈를 넘겨줍니다. 그러면 cv2.VideoCapture()에 파일명을 넘겨서 VideoCapture Object를 생성하는 것과 마찬가지로 VideoWriter Object인 out을 생성해주게 됩니다.

 

 그 다음에는 while 문으로 들어가게 됩니다. 기본적으로 비디오를 불러오는 과정은 while을 쓰는 것이 흔한데, 그 이유는 이와 같이 컴퓨터내에 저장된 동영상이 아닌 웹캠으로 입력받는 다고 쳤을 때 언제 입력이 종료될지 모르기 때문에 while을 쓰게 됩니다. while의 조건문에 VideoCapture Object의 내장함수인 cap.isOpened()가 조건으로 들어가있습니다. isOpened()함수는 cap이 제대로 초기화가 되었는 지 확인하는 함수입니다. 만약, 초기화가 되지 않는다면 cap.open()이라는 함수를 이용하면 됩니다.

 

 while에서 첫번째로 만나는 명령어는 ret, frame = cap.read()입니다. cap.read() 함수는 입력된 동영상의 프레임을 하나씩 읽어옵니다. 만약 프레임을 정상적으로 읽어왔다면 ret는 True, 읽어오지 않았다면 False를 반환합니다. 그래서 while문의 탈출조건은 ret로 제대로 읽지 않은 경우는 더 이상 읽을 프레임이 없는 경우라고 볼 수 있기 때문이죠. 그리고 읽어온 프레임을 cv2.flip() 함수를 이용해서 위 아래를 뒤집은 뒤 out.write(frame)으로 해당 프레임을 저장합니다. 

 

 모든 과정이 끝나면 정상적으로 끝내기 위해서 release()를 이용해서 생성된 각 객체를 메모리에서 해제해줍니다. 만약, 정상적이라면 위의 동영상의 위아래가 뒤집히게 됩니다. 

 

 

 

참고자료

[1].opencv-python.readthedocs.io/en/latest/doc/01.imageStart/imageStart.html

이미지 다루기 — gramman 0.1 documentation

[2].opencv-python.readthedocs.io/en/latest/doc/02.videoStart/videoStart.html#camera

영상 다루기 — gramman 0.1 documentation