Python+OpenCV图像处理（十四）—— 直线检测

简介：

1.霍夫变换(Hough Transform) 霍夫变换是图像处理中从图像中识别几何形状的基本方法之一，应用很广泛，也有很多改进算法。主要用来从图像中分离出具有某种相同特征的几何形状（如，直线，圆等）。最基本的霍夫变换是从黑白图像中检测直线(线段)。

2.Hough变换的原理是将特定图形上的点变换到一组参数空间上，根据参数空间点的累计结果找到一个极大值对应的解，那么这个解就对应着要寻找的几何形状的参数（比如说直线，那么就会得到直线的斜率k与常熟b，圆就会得到圆心与半径等等）

3.霍夫线变换是一种用来寻找直线的方法。用霍夫线变换之前, 首先需要对图像进行边缘检测的处理，也即霍夫线变换的直接输入只能是边缘二值图像。

4.霍夫直线检测的具体原理参见：

https://blog.csdn.net/ycj9090900/article/details/52944708

http://www.opencv.org.cn/opencvdoc/2.3.2/html/doc/tutorials/imgproc/imgtrans/hough_lines/hough_lines.html

http://lib.csdn.net/article/opencv/24201

代码如下：

#直线检测
#使用霍夫直线变换做直线检测，前提条件：边缘检测已经完成
import cv2 as cv
import numpy as np

#标准霍夫线变换
def line_detection(image):
    gray = cv.cvtColor(image, cv.COLOR_RGB2GRAY)
    edges = cv.Canny(gray, 50, 150, apertureSize=3)  #apertureSize参数默认其实就是3
    cv.imshow("edges", edges)
    lines = cv.HoughLines(edges, 1, np.pi/180, 80)
    for line in lines:
        rho, theta = line[0]  #line[0]存储的是点到直线的极径和极角，其中极角是弧度表示的。
        a = np.cos(theta)   #theta是弧度
        b = np.sin(theta)
        x0 = a * rho    #代表x = r * cos（theta）
        y0 = b * rho    #代表y = r * sin（theta）
        x1 = int(x0 + 1000 * (-b)) #计算直线起点横坐标
        y1 = int(y0 + 1000 * a)    #计算起始起点纵坐标
        x2 = int(x0 - 1000 * (-b)) #计算直线终点横坐标
        y2 = int(y0 - 1000 * a)    #计算直线终点纵坐标    注：这里的数值1000给出了画出的线段长度范围大小，数值越小，画出的线段越短，数值越大，画出的线段越长
        cv.line(image, (x1, y1), (x2, y2), (0, 0, 255), 2)    #点的坐标必须是元组，不能是列表。
    cv.imshow("image-lines", image)

#统计概率霍夫线变换
def line_detect_possible_demo(image):
    gray = cv.cvtColor(image, cv.COLOR_RGB2GRAY)
    edges = cv.Canny(gray, 50, 150, apertureSize=3)  # apertureSize参数默认其实就是3
    lines = cv.HoughLinesP(edges, 1, np.pi / 180, 60, minLineLength=60, maxLineGap=5)
    for line in lines:
        x1, y1, x2, y2 = line[0]
        cv.line(image, (x1, y1), (x2, y2), (0, 0, 255), 2)
    cv.imshow("line_detect_possible_demo",image)

src = cv.imread('E:/imageload/louti.jpg')
print(src.shape)
cv.namedWindow('input_image', cv.WINDOW_AUTOSIZE)
cv.imshow('input_image', src)
line_detection(src)
src = cv.imread('E:/imageload/louti.jpg') #调用上一个函数后，会把传入的src数组改变，所以调用下一个函数时，要重新读取图片
line_detect_possible_demo(src)
cv.waitKey(0)
cv.destroyAllWindows()

运行结果：

注意：

1.opencv的HoughLines函数是标准霍夫线变换函数，该函数的功能是通过一组参数对  的集合来表示检测到的直线，其函数原型为：HoughLines(image, rho, theta, threshold[, lines[, srn[, stn[, min_theta[, max_theta]]]]]) -> lines

image参数表示边缘检测的输出图像，该图像为单通道8位二进制图像。

rho参数表示参数极径  以像素值为单位的分辨率，这里一般使用1像素。

theta参数表示参数极角  以弧度为单位的分辨率，这里使用1度。

threshold参数表示检测一条直线所需最少的曲线交点。

lines参数表示储存着检测到的直线的参数对  的容器 。

srn参数、stn参数默认都为0。如果srn = 0且stn = 0，则使用经典的Hough变换。

min_theta参数表示对于标准和多尺度Hough变换，检查线条的最小角度。

max_theta参数表示对于标准和多尺度Hough变换，检查线条的最大角度。

2.opencv的HoughLinesP函数是统计概率霍夫线变换函数，该函数能输出检测到的直线的端点 ，其函数原型为：HoughLinesP(image, rho, theta, threshold[, lines[, minLineLength[, maxLineGap]]]) -> lines

image参数表示边缘检测的输出图像，该图像为单通道8位二进制图像。

rho参数表示参数极径  以像素值为单位的分辨率，这里一般使用 1 像素。

theta参数表示参数极角  以弧度为单位的分辨率，这里使用 1度。

threshold参数表示检测一条直线所需最少的曲线交点。

lines参数表示储存着检测到的直线的参数对  的容器，也就是线段两个端点的坐标。

minLineLength参数表示能组成一条直线的最少点的数量，点数量不足的直线将被抛弃。

maxLineGap参数表示能被认为在一条直线上的亮点的最大距离。