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【OpenCV 轮廓检测与轮廓筛选】

news 来源：原创 2025/6/18 16:53:11

在OpenCV中，轮廓检测和轮廓筛选是图像处理中常用的技术，用于识别和分析图像中物体的形状。以下是详细的分步说明：

一、轮廓检测（Contour Detection）

1. 预处理：生成二值图像

轮廓检测通常在二值图像上进行，因此需要将原图转换为灰度图并进行阈值处理或边缘检测。

import cv2
import numpy as np

# 读取图像
image = cv2.imread('object.jpg')
gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

# 方法1：阈值处理
_, binary = cv2.threshold(gray, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# 方法2：Canny边缘检测
edges = cv2.Canny(gray, 50, 150)

2. 调用`cv2.findContours()`检测轮廓

该函数返回轮廓的坐标点和层级关系。

# OpenCV 4.x版本：返回contours, hierarchy
contours, hierarchy = cv2.findContours(
    binary, 
    mode=cv2.RETR_EXTERNAL,  # 检索模式：仅外部轮廓
    method=cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE  # 轮廓近似方法：压缩水平、垂直和对角线段
)

参数说明：
- mode：轮廓检索模式：
  - cv2.RETR_EXTERNAL：仅检测外部轮廓。
  - cv2.RETR_TREE：检测所有轮廓并建立层级树。
- method：轮廓近似方法：
  - cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE：压缩冗余点，节省内存。
  - cv2.CHAIN_APPROX_NONE：保留所有轮廓点。

二、轮廓筛选（Contour Filtering）

1. 基于面积筛选

过滤掉面积过小或过大的轮廓。

filtered_contours = []
for cnt in contours:
    area = cv2.contourArea(cnt)
    if 1000 < area < 50000:  # 仅保留面积在1000到50000之间的轮廓
        filtered_contours.append(cnt)

2. 基于周长或长宽比

通过外接矩形的长宽比筛选特定形状的轮廓。

for cnt in contours:
    x, y, w, h = cv2.boundingRect(cnt)
    aspect_ratio = w / h  # 长宽比
    if 0.8 < aspect_ratio < 1.2:  # 近似正方形的轮廓
        filtered_contours.append(cnt)

3. 基于形状复杂度

使用多边形近似判断轮廓是否为简单几何形状。

for cnt in contours:
    epsilon = 0.02 * cv2.arcLength(cnt, True)  # 近似精度（周长2%）
    approx = cv2.approxPolyDP(cnt, epsilon, True)
    if len(approx) == 4:  # 四边形（如矩形）
        filtered_contours.append(approx)

4. 基于凸性检测

筛选凸形轮廓。

for cnt in contours:
    if cv2.isContourConvex(cnt):
        filtered_contours.append(cnt)

三、可视化与输出

1. 绘制筛选后的轮廓

# 在原图上绘制轮廓
output = cv2.drawContours(
    image, 
    filtered_contours, 
    contourIdx=-1,  # -1表示绘制所有轮廓
    color=(0, 255, 0),  # 绿色
    thickness=2
)

cv2.imshow('Filtered Contours', output)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

2. 提取轮廓坐标

for i, cnt in enumerate(filtered_contours):
    print(f"Contour {i} coordinates: {cnt.squeeze()}")  # 去除冗余维度

四、常见问题与优化

1. 噪声干扰

解决方法：预处理时使用高斯模糊或形态学操作（开运算/闭运算）。

blurred = cv2.GaussianBlur(gray, (5, 5), 0)
kernel = np.ones((3, 3), np.uint8)
cleaned = cv2.morphologyEx(blurred, cv2.MORPH_CLOSE, kernel)

2. 轮廓断裂

解决方法：膨胀操作连接边缘。

dilated = cv2.dilate(edges, kernel, iterations=2)

3. 层级结构处理

场景：需区分嵌套轮廓（如字母“O”的内外轮廓）。

contours, hierarchy = cv2.findContours(binary, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
# hierarchy结构：[Next, Previous, First_Child, Parent]

五、完整代码示例

import cv2
import numpy as np

# 1. 读取图像并预处理
image = cv2.imread('objects.jpg')
gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
_, binary = cv2.threshold(gray, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# 2. 检测轮廓
contours, _ = cv2.findContours(binary, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

# 3. 筛选轮廓（面积 + 形状）
filtered = []
for cnt in contours:
    area = cv2.contourArea(cnt)
    if area < 1000:
        continue
    approx = cv2.approxPolyDP(cnt, 0.02*cv2.arcLength(cnt, True), True)
    if len(approx) == 4:  # 筛选四边形
        x, y, w, h = cv2.boundingRect(cnt)
        if 0.8 < w/h < 1.2:  # 长宽比接近1
            filtered.append(cnt)

# 4. 绘制结果
output = cv2.drawContours(image, filtered, -1, (0, 255, 0), 2)
cv2.imshow('Result', output)
cv2.waitKey(0)