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OpenCV學習筆記(十四)——影象結構分析與形狀描述ImgProc

OpenCV支援大量的輪廓、邊緣、邊界的相關函式,相應的函式有moments、HuMoments、findContours、drawContours、approxPolyDP、arcLength、boundingRect、contourArea、convexHull、fitEllipse、fitLine、isContourConvex、minAreaRect、minEnclosingCircle、mathcShapes、pointPolygonTest。還有一些c版本的針對老版本的資料結構的函式比如cvApproxChains、cvConvexityDefects。這裡先介紹一些我用過的函式,以後用到再陸續補充。

OpenCV裡支援很多邊緣提取的辦法,可是如何在一幅影象裡得到輪廓區域的引數呢,這就需要用到findContours函式,這個函式的原型為:

//C++: 
void findContours(InputOutputArray image, OutputArrayOfArrays contours, OutputArray hierarchy, int mode, int method, Point offset=Point())
void findContours(InputOutputArray image, OutputArrayOfArrays contours, int mode, int method, Point offset=Point())

這裡介紹下該函式的各個引數:

輸入影象image必須為一個2值單通道影象

contours引數為檢測的輪廓陣列,每一個輪廓用一個point型別的vector表示

hiararchy引數和輪廓個數相同,每個輪廓contours[ i ]對應4個hierarchy元素hierarchy[ i ][ 0 ] ~hierarchy[ i ][ 3 ],分別表示後一個輪廓、前一個輪廓、父輪廓、內嵌輪廓的索引編號,如果沒有對應項,該值設定為負數。

mode表示輪廓的檢索模式

CV_RETR_EXTERNAL表示只檢測外輪廓

CV_RETR_LIST檢測的輪廓不建立等級關係

CV_RETR_CCOMP建立兩個等級的輪廓,上面的一層為外邊界,裡面的一層為內孔的邊界資訊。如果內孔內還有一個連通物體,這個物體的邊界也在頂層。

CV_RETR_TREE建立一個等級樹結構的輪廓。具體參考contours.c這個demo

method為輪廓的近似辦法

CV_CHAIN_APPROX_NONE儲存所有的輪廓點,相鄰的兩個點的畫素位置差不超過1,即max(abs(x1-x2),abs(y2-y1))==1

CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE壓縮水平方向,垂直方向,對角線方向的元素,只保留該方向的終點座標,例如一個矩形輪廓只需4個點來儲存輪廓資訊

CV_CHAIN_APPROX_TC89_L1,CV_CHAIN_APPROX_TC89_KCOS使用teh-Chinl chain 近似演算法

offset表示代表輪廓點的偏移量,可以設定為任意值。對ROI影象中找出的輪廓,並要在整個影象中進行分析時,這個引數還是很有用的。

具體應用參考sample資料夾下面的squares.cpp這個demo

findContours後會對輸入的2值影象改變,所以如果不想改變該2值影象,需建立新mat來存放,findContours後的輪廓資訊contours可能過於複雜不平滑,可以用approxPolyDP函式對該多邊形曲線做適當近似

contourArea函式可以得到當前輪廓包含區域的大小,方便輪廓的篩選

findContours經常與drawContours配合使用,用來將輪廓繪製出來。其中第一個引數image表示目標影象,第二個引數contours表示輸入的輪廓組,每一組輪廓由點vector構成,第三個引數contourIdx指明畫第幾個輪廓,如果該引數為負值,則畫全部輪廓,第四個引數color為輪廓的顏色,第五個引數thickness為輪廓的線寬,如果為負值或CV_FILLED表示填充輪廓內部,第六個引數lineType為線型,第七個引數為輪廓結構資訊,第八個引數為maxLevel

得到了複雜輪廓往往不適合特徵的檢測,這裡再介紹一個點集凸包絡的提取函式convexHull,輸入引數就可以是contours組中的一個輪廓,返回外凸包絡的點集

還可以得到輪廓的外包絡矩形,使用函式boundingRect,如果想得到旋轉的外包絡矩形,使用函式minAreaRect,返回值為RotatedRect;也可以得到輪廓的外包絡圓,對應的函式為minEnclosingCircle;想得到輪廓的外包絡橢圓,對應的函式為fitEllipse,返回值也是RotatedRect,可以用ellipse函式畫出對應的橢圓

如果想根據多邊形的輪廓資訊得到多邊形的多階矩,可以使用類moments,這個類可以得到多邊形和光柵形狀的3階以內的所有矩,類內有變數m00,m10,m01,m20,m11,m02,m30,m21,m12,m03,比如多邊形的質心為 x = m10 / m00,y = m01 / m00。

如果想獲得一點與多邊形封閉輪廓的資訊,可以呼叫pointPolygonTest函式,這個函式返回值為該點距離輪廓最近邊界的距離,為正值為在輪廓內部,負值為在輪廓外部,0表示在邊界上。