OpenCV形狀檢測的示例詳解
1.基于OpenCV的形狀檢測Python版本
目錄結(jié)構(gòu)

1.1.定義我們的形狀檢測器類ShapeDetector
開始定義我們的 ShapeDetector 類。我們將跳過這里的 init 構(gòu)造函數(shù),因為不需要初始化任何東西。
# 導入必要的包
import cv2
class ShapeDetector:
def __init__(self):
pass
def detect(self, c):
# 初始化形狀名稱并近似輪廓
shape = "unidentified"
peri = cv2.arcLength(c, True)
approx = cv2.approxPolyDP(c, 0.04 * peri, True)
我們的檢測方法,它只需要一個參數(shù) c,即我們試圖識別的形狀的輪廓。為了進行形狀檢測,我們將使用輪廓逼近。
顧名思義,輪廓近似是一種算法,用于減少曲線中點的數(shù)量,并減少點集——因此稱為近似。
輪廓近似是基于曲線可以由一系列短線段近似的假設(shè)。這導致生成的近似曲線由原始曲線定義的點的子集組成。
輪廓近似實際上已經(jīng)在 OpenCV 中通過 cv2.approxPolyDP 方法實現(xiàn)。
為了進行輪廓逼近,我們首先計算輪廓的周長,然后構(gòu)建實際的輪廓逼近。 cv2.approxPolyDP 的第二個參數(shù)的常用值通常在原始輪廓周長的 1%-5% 范圍內(nèi)。
給定我們的近似輪廓,我們可以繼續(xù)執(zhí)行形狀檢測:
# 如果形狀是一個三角形,它將有3個頂點
if len(approx) == 3:
shape = "triangle"
# 如果形狀有4個頂點,它要么是正方形,要么是矩形
elif len(approx) == 4:
# 計算輪廓的包圍框,并使用包圍框計算高寬比
(x, y, w, h) = cv2.boundingRect(approx)
ar = w / float(h)
# 正方形的長寬比大約等于1,否則,形狀就是矩形
shape = "square" if ar >= 0.95 and ar <= 1.05 else "rectangle"
# 如果形狀是一個五邊形,它將有5個頂點
elif len(approx) == 5:
shape = "pentagon"
# 否則,我們假設(shè)形狀是一個圓
else:
shape = "circle"
# 返回形狀的名稱
return shape
重要的是要了解輪廓由頂點列表組成。我們可以檢查此列表中的數(shù)目以確定對象的形狀。例如,如果近似輪廓有三個頂點
那么它一定是一個三角形。如果一條輪廓有四個頂點,那么它一定是正方形或矩形。為了確定這一點,我們計算形狀的長寬比
也就是輪廓邊界框的寬度除以高度。如果長寬比是~1.0,那么我們正在檢查一個正方形(因為所有的邊都有大約相等的長度)。否則,形狀就是矩形。如果一條等高線有五個頂點,我們可以將其標記為五邊形。否則,我們可以假設(shè)我們正在檢查的形狀是一個圓。
最后,將標識好的形狀返回給調(diào)用方法。
我們已經(jīng)定義了一個utils模塊。在這個模塊中,我們有shapedetector .py,它將存儲ShapeDetector類的實現(xiàn)。
最后,我們有detect_shapes.py腳本,我們將使用它從磁盤加載圖像,分析它的形狀,然后通過ShapeDetector類執(zhí)行形狀檢測和識別。
1.2.基于OpenCV的形狀檢測器
現(xiàn)在我們的 ShapeDetector 類已經(jīng)定義好了,讓我們創(chuàng)建 detect_shapes.py 腳本:
# 導入必要的庫
from utils.shapedetector import ShapeDetector
import argparse
import imutils
import cv2
# 構(gòu)造參數(shù)解析并解析參數(shù)
ap = argparse.ArgumentParser()
ap.add_argument("-i", "--image", default="inpaint.jpg", help="path to the input image")
args = vars(ap.parse_args())
首先導入我們已經(jīng)實現(xiàn)的ShapeDetector類,然后解析參數(shù),下一步,我們開始預處理我們的圖像
# 加載圖像并將其調(diào)整圖像大小,以便更好地近似形狀
image = cv2.imread(args["image"])
resized = imutils.resize(image, width=300)
ratio = image.shape[0] / float(resized.shape[0])
# 將調(diào)整后的圖像轉(zhuǎn)換為灰度,稍微模糊它,并閾值化
gray = cv2.cvtColor(resized, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
blurred = cv2.GaussianBlur(gray, (5, 5), 0)
thresh = cv2.threshold(blurred, 60, 255, cv2.THRESH_BINARY | cv2.THRESH_OTSU)[1]
# 在閾值化圖像中找到輪廓并初始化形狀檢測器
cnts = cv2.findContours(thresh.copy(), cv2.RETR_EXTERNAL,
cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
cnts = imutils.grab_contours(cnts)
sd = ShapeDetector()
首先,我們從磁盤加載圖像,并調(diào)整其大小。然后,我們跟蹤舊高度與調(diào)整后的新高度的比率——我們將在本教程的后面部分找到這樣做的確切原因。
將調(diào)整大小后的圖像轉(zhuǎn)換為灰度,平滑它以減少高頻噪聲,最后閾值化它以顯示圖像中的形狀。
閾值之后,我們的圖像應該是這樣的:

請注意我們的圖像是如何被二值化的——形狀顯示為黑色背景下的白色前景。
最后,在二值圖像中找到輪廓,基于OpenCV版本的cv2.findContours獲取正確的元組值,并最終初始化我們的ShapeDetector。
最后一步是識別每個輪廓:
# 遍歷所有輪廓
for c in cnts:
# 計算輪廓的中心,然后僅使用輪廓檢測形狀的名稱
M = cv2.moments(c)
cX = int((M["m10"] / M["m00"]) * ratio)
cY = int((M["m01"] / M["m00"]) * ratio)
shape = sd.detect(c)
# 將輪廓(x, y)坐標乘以調(diào)整比例,然后在圖像上繪制輪廓和形狀的名稱
c = c.astype("float")
c *= ratio
c = c.astype("int")
cv2.drawContours(image, [c], -1, (0, 255, 0), 2)
cv2.putText(image, shape, (cX, cY), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,
0.5, (255, 255, 255), 2)
# 顯示輸出圖像
cv2.imshow("Image", image)
cv2.waitKey(0)我們開始在每個單獨的輪廓上循環(huán)。對于每一個,我們計算輪廓的中心,然后執(zhí)行形狀檢測和識別。
由于我們正在處理從調(diào)整大小后的圖像中提取的輪廓(而不是原始圖像),我們需要將輪廓和中心(x, y)坐標乘以調(diào)整比率。
這將為我們提供原始圖像的輪廓和質(zhì)心的正確(x, y)坐標。
最后,我們在圖像上繪制輪廓和識別的形狀,然后顯示我們的結(jié)果。

2.基于OpenCV的形狀檢測C++版本
在本教程中,讓我們看看如何使用 OpenCV 的輪廓來識別對象的形狀和位置。
使用OpenCV的輪廓,你可以得到每個白斑的頂點的點序列(白斑被認為是多邊形)。例如,對于三角形你會得到3個點(頂點),
對于四邊形你會得到4個點。你可以通過多邊形的頂點數(shù)來識別任何多邊形。
你甚至可以通過計算和比較頂點之間的距離來識別多邊形的特征,如凸性、凹性、等邊等。
我們看看如何使用 OpenCV 來完成。您所需要的只是一個二進制圖像,其中您的對象應該是白色的,背景應該是黑色的。
現(xiàn)在我將使用OpenCV C++應用程序來識別上圖中的三角形、四邊形和七邊形。我將沿著每個確定的多邊形的周長畫一條線,
三角形顏色為藍色,四邊形顏色為綠色,七邊形顏色為紅色。
2.1代碼實現(xiàn)
#include <opencv2/opencv.hpp>
using namespace std;
using namespace cv;
int main()
{
Mat img = imread("FindingContours.png");
//show the original image
namedWindow("Raw");
imshow("Raw", img);
//converting the original image into grayscale
Mat imgGrayScale = Mat(img.size(), CV_8UC1);
cvtColor(img, imgGrayScale, COLOR_BGR2GRAY);
//thresholding the grayscale image to get better results
threshold(imgGrayScale, imgGrayScale, 128, 255, THRESH_BINARY);
//finding all contours in the image
vector<vector<Point> > contours;
vector<Vec4i> hierarchy;
findContours(imgGrayScale, contours, hierarchy, RETR_TREE, CHAIN_APPROX_SIMPLE);
//iterating through each contour
for (size_t i = 0; i < contours.size(); i++)
{
vector<Point> approx;
//obtain a sequence of points of contour, pointed by the variable 'contour'
approxPolyDP(contours[i], approx, arcLength(contours[i], true) * 0.02, true);
//if there are 3 vertices in the contour(It should be a triangle)
if (approx.size() == 3)
{
//drawing lines around the triangle
for (int i = 0; i < 3; i++) {
line(img, approx[i], approx[(i+1)%3], Scalar(255, 0, 0), 4);
}
}
//if there are 4 vertices in the contour(It should be a quadrilateral)
else if (approx.size() == 4)
{
//drawing lines around the quadrilateral
for (int i = 0; i < 4; i++) {
line(img, approx[i], approx[(i + 1) % 4], Scalar(0, 255, 0), 4);
}
}
//if there are 7 vertices in the contour(It should be a heptagon)
else if (approx.size() == 7)
{
//drawing lines around the heptagon
for (int i = 0; i < 7; i++) {
line(img, approx[i], approx[(i + 1) % 7], Scalar(0, 0, 255), 4);
}
}
}
//show the image in which identified shapes are marked
namedWindow("Tracked");
imshow("Tracked", img);
waitKey(0); //wait for a key press
//cleaning up
destroyAllWindows();
return 0;
}
如您所見,三角形用藍色標記, 四邊形用綠色標記,七邊形用紅色標記。所以,現(xiàn)在很明顯,這種方法能夠識別形狀。 首先將原始圖像轉(zhuǎn)換為灰度。
這是因為這種方法只適用于單通道的灰度圖像。為了獲得更好的結(jié)果,我使用“threshold”函數(shù)對灰度圖像進行閾值處理。
您可以使用自己的方式對圖像進行閾值處理。然后我找到閾值圖像中的所有輪廓,并識別和跟蹤所有三角形、四邊形和七邊形。
2.2主要函數(shù)解析
讓我們討論一下這個應用程序中的OpenCV 函數(shù)。
double threshold(InputArray src, OutputArray dst, double thresh, double maxval, int type);
src:源圖像(8位單通道)
dst:與src具有相同大小相同類型的目標圖像
thresh:閾值
maxval:滿足條件的像素替換為這個值
type:閾值化方法,
THRESH_BINARY
- dst(x,y)=max, if src(x,y) > ThreshVal
- dst(x,y)=0, if src(x,y) < ThreshVal
THRESH_BINARY_INV
- dst(x,y)=0,如果 src(x,y) > ThreshVal
- dst(x,y)=max,如果 src(x,y) < ThreshVal
THRESH_TOZERO
- dst(x,y)=src(x,y), 如果 src(x,y) > ThreshVal
- dst(x,y)=0, 如果 src(x,y) < ThreshVal
THRESH_TOZERO_INV
- dst(x,y)=0,如果 src(x,y) > ThreshVal
- dst(x,y)=src(x,y),如果 src(x,y) < ThreshVal
THRESH_TRUNC
- dst(x,y)=threshVal,如果 src(x,y) > ThreshVal
- dst(x,y)=src(x,y), if src(x,y) < ThreshVal
在上面的應用程序中,我使用了“ THRESH_BINARY”,因為我想在對象所在的位置分配 255(白色其他是0(黑色)。
findContours( InputArray image, OutputArrayOfArrays contours, OutputArray hierarchy, int mode, int method, Point offset = Point());
image: 8位單通道圖像。非零像素被視為1。零像素保持為0,因此圖像被視為二值。你可以使用#compare #inRange #threshold,#adaptiveThreshold,
#Canny,以及其他參數(shù)來創(chuàng)建灰度或彩色圖像的二值圖像。
contours: 發(fā)現(xiàn)的所有輪廓
hierarchy:輪廓之間的層次結(jié)構(gòu)
int mode - 從圖像中檢索輪廓的模式,您必須選擇以下之一
- RETR_LIST - 檢索所有輪廓并將它們放入列表中
- RETR_EXTERNAL - 僅檢索外輪廓
- RETR_CCOMP - 檢索所有輪廓并將它們組織成兩級層次結(jié)構(gòu):
- RETR_TREE - 檢索所有輪廓并重建嵌套輪廓的完整層次結(jié)構(gòu)
int method - 近似方法,您必須選擇以下之一
- CHAIN_APPROX_NONE - 將鏈碼中的所有點轉(zhuǎn)換為點
- CHAIN_APPROX_SIMPLE - 壓縮水平、垂直和對角線段,只留下它們的端點
- CHAIN_APPROX_TC89_L1,CV_CHAIN_APPROX_TC89_KCOS - 應用 Teh-Chin 鏈近似算法的一種風格。
Point offset:每個輪廓點應移動的偏移量。當我們在圖像中設(shè)置 ROI(感興趣區(qū)域)時,這很有用。通常我們將偏移量設(shè)置為 ‘Point(0,0)’
void approxPolyDP( InputArray curve, OutputArray approxCurve, double epsilon, bool closed );
- curve: 存儲2D點的std::vector或Mat
- approxCurve: 多邊形近似的結(jié)果。類型應該與輸入類型相匹配。
- epsilon: 指定近似精度的參數(shù)。這是原始輪廓與其近似值之間的最大距離。
- closed: 如果為真,逼近曲線是閉合的(它的第一個和最后一個頂點是連接的)。否則不閉合。
2.3結(jié)果展示

以上就是OpenCV形狀檢測的示例詳解的詳細內(nèi)容,更多關(guān)于OpenCV形狀檢測的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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