帧差法是背景减图法中的一种，只不过是帧差法不需要建模，因为它的背景模型就是上一帧的图，所以速度非常快，另外帧差法对缓慢变换的光照不是很敏感，所以其用途还是有的，有不少学者对其做出了出色的改进。
其基本原理可以用下面公式看出：
|i(t)-i(t-1)|<T 背景
|i(t)-i(t-1)|>=T 前景
其中i(t),i(t-1)分别为t,t-1时刻对应像素点的像素值,T为阈值。
当然其缺点也不少，容易出现”双影”和”空洞”现象。
用opencv2.3.1+vs2010做了个简单的实验，其实验代码如下：
1 // frame_diff.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。 2 // 3 4 #include "stdafx.h" 5 #include <opencv2/highgui/highgui.hpp> 6 #include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp> 7 #include <opencv2/core/core.hpp> 8 9 #define threshold_diff 20 //设置简单帧差法阈值 10 11 using namespace cv; 12 using namespace std; 13 14 int main(int argc,unsigned char* argv[]) 15 { 16 Mat img_src1,img_src2,img_dst,gray1,gray2,gray_diff; 17 bool pause=false; 18 19 VideoCapture vido_file("IndoorGTTest1.avi");//在这里改相应的文件名 20 namedWindow("foreground",0); 21 for (;;) 22 { 23 if(!pause) 24 { 25 vido_file >>img_src1; //因为视频文件帧数已经固定了，所以每次到这句语句都是读取相邻的帧数，没到时间视频并不向前走 26 cvtColor(img_src1,gray1,CV_BGR2GRAY); 27 imshow("video_src",img_src1);//可以事先不用新建一个窗口 28 waitKey(5); 29 30 vido_file >>img_src2; 31 cvtColor(img_src2,gray2,CV_BGR2GRAY); 32 imshow("video_src",img_src2);//可以事先不用新建一个窗口 33 34 waitKey(5); 35 subtract(gray1,gray2,gray_diff); 36 for(int i=0;i<gray_diff.rows;i++) 37 for(int j=0;j<gray_diff.cols;j++) 38 if(abs(gray_diff.at<unsigned char>(i,j))>=threshold_diff)//这里模板参数一定要用unsigned char，否则就一直报错 39 gray_diff.at<unsigned char>(i,j)=255; 40 else gray_diff.at<unsigned char>(i,j)=0; 41 42 imshow("foreground",gray_diff); 43 } 44 char c=(char)waitKey(10); 45 if (c==27) 46 { 47 break; 48 } 49 if(c==' ') 50 pause=!pause; 51 } 52 return 0; 53 }
实验结果如下：
可以看出其“双影”和”空洞”比较明显。双影是由于帧差法有2个影子，在该试验中就是轮廓变得很粗，”空洞”是由于物体内部颜色相近，检测不出来。当然帧差法还有个致命的缺点那就是阈值T需要人工设定。
对于帧差法的”双影”现象，有人提出来了三帧差法。其原理如下所示：
1. 由i(t)-i(t-1)得到前景图 F1
2. 由i(t+1)-i(t)得到前景图 F2
3. F1 ∩ F2得到前景图 F3
4. 形态学处理
也就是利用2次相邻帧的差，然后去与操作，就得到了真正的那个影子了。
这个在一定程度上可以解决”双影”现象。
同样做了个简单的实验，代码如下：
1 // frame_3diff.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。 2 // 3 4 #include "stdafx.h" 5 #include <opencv2/highgui/highgui.hpp> 6 #include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp> 7 #include <opencv2/core/core.hpp> 8 9 #define threshold_diff1 10 //设置简单帧差法阈值 10 #define threshold_diff2 10 //设置简单帧差法阈值 11 12 using namespace cv; 13 using namespace std; 14 15 int main(int argc,unsigned char* argv[]) 16 { 17 Mat img_src1,img_src2,img_src3;//3帧法需要3帧图片 18 Mat img_dst,gray1,gray2,gray3; 19 Mat gray_diff1,gray_diff2;//存储2次相减的图片 20 Mat gray;//用来显示前景的 21 bool pause=false; 22 23 VideoCapture vido_file("IndoorGTTest1.avi");//在这里改相应的文件名 24 namedWindow("foreground",0); 25 for (;;) 26 { 27 if(!false) 28 { 29 vido_file >>img_src1; 30 cvtColor(img_src1,gray1,CV_BGR2GRAY); 31 32 waitKey(5); 33 vido_file >>img_src2; 34 cvtColor(img_src2,gray2,CV_BGR2GRAY); 35 imshow("video_src",img_src2);// 36 37 waitKey(5); 38 vido_file >>img_src3; 39 cvtColor(img_src3,gray3,CV_BGR2GRAY); 40 41 subtract(gray2,gray1,gray_diff1);//第二帧减第一帧 42 subtract(gray3,gray2,gray_diff2);//第三帧减第二帧 43 44 for(int i=0;i<gray_diff1.rows;i++) 45 for(int j=0;j<gray_diff1.cols;j++) 46 { 47 if(abs(gray_diff1.at<unsigned char>(i,j))>=threshold_diff1)//这里模板参数一定要用unsigned char，否则就一直报错 48 gray_diff1.at<unsigned char>(i,j)=255; //第一次相减阈值处理 49 else gray_diff1.at<unsigned char>(i,j)=0; 50 51 if(abs(gray_diff2.at<unsigned char>(i,j))>=threshold_diff2)//第二次相减阈值处理 52 gray_diff2.at<unsigned char>(i,j)=255; 53 else gray_diff2.at<unsigned char>(i,j)=0; 54 } 55 bitwise_and(gray_diff1,gray_diff2,gray); 56 imshow("foreground",gray); 57 } 58 char c=(char)waitKey(10); 59 if (c==27) 60 { 61 break; 62 } 63 if(c==' ') 64 pause=!pause;//为什么暂停不了？？ 65 } 66 return 0; 67 }
实验结果如下：
可以看出，效果并没怎么变好，只是影子轮廓确实变细了，”空洞”现象也没有改善，当然这只是个简单的实验，也没有优化或改进，用的是最原始的思想，没有使用形态学做后期处理。