Opencv笔记(十八)——轮廓的更多函数及其层次结构

凸缺陷

前面我们已经学习了轮廓的凸包,对象上的任何凹陷都被成为凸缺陷。OpenCV 中有一个函数 cv.convexityDefect() 可以帮助我们找到凸缺陷。函数调用如下:

hull = cv2.convexHull(cnt,returnPoints = False)
defects = cv2.convexityDefects(cnt,hull)

cv2.convexityDefects函数()会返回一个数组,其中每一行包含的值是 [起点,终点,最远的点,到最远点的近似距离]。我们可以在一张图上显示它。我们将起点和终点用一条绿线连接,在最远点画一个圆圈,要记住的是返回结果的前三个值是轮廓点的索引。所以我们还要到轮廓点中去找它们。

# coding=utf-8
import cv2
import numpy as np

img = cv2.imread("/home/wl/10.jpeg")
img_gray = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY) #转灰度图
ret, thresh = cv2.threshold(img_gray, 175, 255, 0) #灰度图像二值化处理
contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh,cv2.RETR_TREE,cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
cnt = contours[1]
hull = cv2.convexHull(cnt,returnPoints = False) #找到凸包
defects = cv2.convexityDefects(cnt,hull) #找到凸包缺陷
print defects
print defects.shape

for i in range(defects.shape[0]):
    s,e,f,d = defects[i,0]
    start = tuple(cnt[s][0])
    end = tuple(cnt[e][0])
    far = tuple(cnt[f][0])
    cv2.line(img,start,end,[0,255,0],2)
    cv2.circle(img,far,5,[0,0,255],-1)
while(1):
    cv2.imshow("img",img)
    cv2.imwrite("/home/wl/baocun1.jpg", img)
    k = cv2.waitKey(1) & 0XFF
    if k==ord('q'):
        break;
cv2.destroyAllWindows()

[[[  358     0   365 15240]]

 [[    0    71    64 15164]]

 [[   71   166   107 14719]]

 [[  166   263   215 14848]]

 [[  263   358   322 14719]]]
(5, 1, 4)

点与多边形测试

求解图像中的一个点到一个对象轮廓的最短距离。如果点在轮廓的外部,返回值为负。如果在轮廓上,返回值为 0。如果在轮廓内部,返回值为正。下面我们以点(50,50)为例:

dist = cv2.pointPolygonTest(cnt,(50,50),True)

此函数的第三个参数是 measureDist。如果设置为 True,就会计算最短距离。如果是 False,只会判断这个点与轮廓之间的位置关系(返回值为+1,-1,0)。

# coding=utf-8
import cv2
import numpy as np

img = cv2.imread("/home/wl/10.jpeg")
img_gray = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY) #转灰度图
ret, thresh = cv2.threshold(img_gray, 175, 255, 0) #灰度图像二值化处理
contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh,cv2.RETR_TREE,cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
cnt = contours[1]
dist = cv2.pointPolygonTest(cnt,(50,50),True)
dist1 = cv2.pointPolygonTest(cnt,(50,50),False)
print dist
print dist1

-178.997206682
-1.0

形状匹配

函数 cv2.matchShape() 可以帮我们比较两个形状或轮廓的相似度。如果返回值越小,匹配越好。它是根据 Hu 矩来计算的。

原图：

# coding=utf-8
import cv2
import numpy as np

img = cv2.imread("/home/wl/10.jpeg")
img_gray = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY) #转灰度图
ret, thresh = cv2.threshold(img_gray, 175, 255, 0) #灰度图像二值化处理
contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh,cv2.RETR_TREE,cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
cnt0 = contours[0]  #第一个轮廓
cnt1 = contours[1]  #第二个轮廓
ret = cv2.matchShapes(cnt0,cnt1,1,0.0)  #比较两个轮廓的相似度
ret1 = cv2.matchShapes(cnt0,cnt0,1,0.0)  #跟自己比较
print ret
print ret1

0.215161556855
0.0

层次结构

什么是层次结构？

  通常我们使用函数 cv2.findContours 在图片中查找一个对象。有时对象可能位于不同的位置。还有些情况,一个形状在另外一个形状的内部。这种情况下我们称外部的形状为父,内部的形状为子。按照这种方式分类,一幅图像中的所有轮廓之间就建立父子关系。这样我们就可以确定一个轮廓与其他轮廓是怎样连接的,比如它是不是某个轮廓的子轮廓,或者是父轮廓。这种关系就成为组织结构下图就是一个简单的例子:

在这幅图像中,我给这几个形状编号为 0-5。2 和 2a 分别代表最外边矩形的外轮廓和内轮廓。在这里边轮廓 0,1,2 在外部或最外边。我们可以称他们为(组织结构)0 级,简单来说就是他们属于同一级。接下来轮廓 2a。我们把它当成轮廓 2 的子轮廓。它就成为(组织结构)第

1 级。同样轮廓 3 是轮廓 2 的子轮廓,成为(组织结构)第 3 级。最后轮廓4,5 是轮廓 3a 的子轮廓,成为(组织结构)4 级(最后一级)。按照这种方式给这些形状编号,我们可以说轮廓 4 是轮廓 3a 的子轮廓(当然轮廓 5 也是)。

Opencv中的层次结构

每个轮廓都有它自己关于它是什么层级，谁是它的子类，谁是它的父类等等的信息。OpenCV将它表示为四个值的数组：[ 下一个（Next），前一个（Previous），第一个子类（First_Child），父类（Parent） ]

Next 表示同一级组织结构中的下一个轮廓。以上图中的轮廓 0 为例,轮廓 1 就是他的 Next。同样,轮廓 1 的 Next是 2,Next=2。那轮廓 2 呢?在同一级没有 Next。这时 Next=-1。

Previous 表示同一级结构中的前一个轮廓。与前面一样,轮廓 1 的 Previous 为轮廓 0,轮廓 2 的 Previous 为轮廓 1。轮廓 0 没有 Previous,所以 Previous=-1。

First_Child 表示它的第一个子轮廓。没有必要再解释了,轮廓 2 的子轮廓为 2a。所以它的 First_Child 为2a。那轮廓 3a 呢?它有两个子轮廓。但是我们只要第一个子轮廓,所以是轮廓 4。

Parent 表示它的父轮廓。与 First_Child 刚好相反。轮廓 4 和 5 的父轮廓是轮廓 3a。而轮廓 3a的父轮廓是 3。

注意:如果没有父或子,就为 -1。

轮廓检索模式

RETR_LIST

从解释的角度来看,这中应是最简单的。它只是提取所有的轮廓,而不去创建任何父子关系。换句话说就是“人人平等”,它们属于同一级组织轮廓。所以在这种情况下,组织结构数组的第三和第四个数都是 -1。但是,很明显,Next 和 Previous 要有对应的值。如果你不关心轮廓之间的关系,这是一个非常好的选择。

RETR_EXTERNAL

如果你选择这种模式的话,只会返回最外边的的轮廓,所有的子轮廓都会被忽略掉。所以在上图中使用这种模式的话只会返回最外边的轮廓(第 0 级):轮廓0,1,2。当你只想得到最外边的轮廓时,你可以选择这种模式。这在有些情况下很有用。

RETR_CCOMP

在这种模式下会返回所有的轮廓并将轮廓分为两级组织结构。

RETR_TREE

这种模式下会返回所有轮廓,并且创建一个完整的组织结构列表。它甚至会告诉你谁是爷爷,爸爸,儿子,孙子等。还是以上图为例,使用这种模式,对 OpenCV 返回的结果重新排序并分析它,红色数字是边界的序号,绿色是组织结构。

轮廓 0 的组织结构为 0,同一级中 Next 为 7,没有 Previous。子轮廓是 1,没有父轮廓。所以数组是 [7,-1,1,-1]。轮廓 1 的组织结构为 1,同一级中没有其他,没有 Previous。子轮廓是2,父轮廓为 0。所以数组是 [-1,-1,2,0]。