【问题标题】:OpenCV: Fit ellipse with most points on contour (instead of least squares)OpenCV:用轮廓上的大多数点拟合椭圆(而不是最小二乘)
【发布时间】:2019-09-18 07:59:26
【问题描述】:

我有一个二值化图像,我已经使用了打开/关闭形态学操作(这是我能得到的最干净的图像,相信我),看起来像这样:

如您所见,有一个明显的椭圆,顶部有些扭曲。 注意:我没有关于圆圈大小的先前信息,而且它必须运行得非常快(我发现 HoughCircles 太慢了)。我正在试图弄清楚如何为它拟合一个椭圆,使其最大化拟合椭圆上对应于形状边缘的点数。也就是说,我想要这样的结果:

但是,我似乎无法在 OpenCV 中找到执行此操作的方法。使用fitEllipse(蓝线)和minAreaRect(绿线)的常用工具,我得到以下结果:

这显然不代表我试图检测的实际椭圆。关于我如何做到这一点的任何想法?很高兴看到 Python 或 C++ 中的示例。

【问题讨论】:

  • 你能发布你目前使用的脚本吗?

标签: python c++ opencv computer-vision opencv3.0


【解决方案1】:

鉴于显示的示例图像,我对以下陈述非常怀疑:

我已经使用了开/关形态操作(这是我能得到的最干净的,相信我)

而且,在阅读了您的评论后,

为了精度,我需要它在大约 2 个像素的精度范围内

我很确定,使用形态学运算可能会有很好的近似值。

请看下面的代码:

import cv2

# Load image (as BGR for later drawing the circle)
image = cv2.imread('images/hvFJF.jpg', cv2.IMREAD_COLOR)

# Convert to grayscale
gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

# Get rid of possible JPG artifacts (when do people learn to use PNG?...)
_, gray = cv2.threshold(gray, 128, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# Downsize image (by factor 4) to speed up morphological operations
gray = cv2.resize(gray, dsize=(0, 0), fx=0.25, fy=0.25)

# Morphological Closing: Get rid of the hole
gray = cv2.morphologyEx(gray, cv2.MORPH_CLOSE, cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_ELLIPSE, (5, 5)))

# Morphological opening: Get rid of the stuff at the top of the circle
gray = cv2.morphologyEx(gray, cv2.MORPH_OPEN, cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_ELLIPSE, (121, 121)))

# Resize image to original size
gray = cv2.resize(gray, dsize=(image.shape[1], image.shape[0]))

# Find contours (only most external)
cnts, _ = cv2.findContours(gray, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_NONE)

# Draw found contour(s) in input image
image = cv2.drawContours(image, cnts, -1, (0, 0, 255), 2)

cv2.imwrite('images/intermediate.png', gray)
cv2.imwrite('images/result.png', image)

中间图像如下所示:

而且,最终的结果是这样的:

由于您的图像非常大,我认为,缩小它不会造成任何伤害。以下形态学操作(大幅)加速,这可能对您的设置感兴趣。

根据你的说法:

注意:我没有关于圆圈大小的先前信息[...]

您可以从您的输入中找到上述内核大小的适当近似值。由于只给出了一个示例图像,我们无法知道该问题的可变性。

希望有帮助!

【讨论】:

    【解决方案2】:

    Hough-Circle 是完美的选择。如果您知道直径,您可以获得更好的解决方案。如果您只知道一个范围,这可能最适合:

    编辑:这比拟合椭圆效果更好的原因是:如果您正在寻找一个圆,您应该使用一个圆作为模型。 wiki article 解释了这个美丽的想法。

    顺便说一句,您也可以通过打开和关闭来完成此操作。 (现在你的圈子到底有多大)

    import skimage
    import matplotlib.pyplot as plt
    import numpy as np
    from skimage import data, color
    from skimage.feature import canny
    from skimage.draw import circle_perimeter
    from skimage.util import img_as_ubyte
    from skimage.transform import hough_circle, hough_circle_peaks
    
    
    image = skimage.io.imread("hvFJF.jpg")
    
    # Load picture and detect edges
    
    edges = canny(image, sigma=3, low_threshold=10, high_threshold=50)
    
    
    # Detect two radii
    hough_radii = np.arange(250, 300, 10)
    hough_res = hough_circle(edges, hough_radii)
    
    # Select the most prominent 5 circles
    accums, cx, cy, radii = hough_circle_peaks(hough_res, hough_radii,
                                               total_num_peaks=3)
    
    # Draw them
    fig, ax = plt.subplots(ncols=1, nrows=1, figsize=(10, 4))
    image = color.gray2rgb(image)
    for center_y, center_x, radius in zip(cy, cx, radii):
        circy, circx = circle_perimeter(center_y, center_x, radius)
        image[circy, circx] = (220, 20, 20)
    
    ax.imshow(image, cmap=plt.cm.gray)
    plt.show()
    

    【讨论】:

    • 谢谢!我应该提到几点:(a)不幸的是,我不知道圆圈有多大。可以是图像宽度的 10% 到 90%。 (b) 这必须在嵌入式设备上近乎实时地运行;我之前尝试过 HoughCircles,但它非常慢(虽然这是 OpenCV 的 HoughCircles 函数,但性能可能与您建议的不同)。
    • 请问您使用哪种硬件以及您需要的结果有多精确?对于嵌入式系统,您可以使用 RANSAC。这可能不会给您最佳结果。但它很健壮。它总是会返回找到的最佳结果,并且总是会花费相同的计算时间。
    • 硬件为四核 @ 1.4GHz,可用内存约为 400 MB。为了精确,我需要它在大约 2 个像素的精度范围内。
    • 嗯,这很紧。我的意思是一些算法可以做到亚像素精度。你能解释一下你所说的实时是什么意思吗?实时意味着任务需要在一定时间内执行,否则可能会出现故障。您的硬件可能足够好,具体取决于您需要多少时间来执行计算。
    • 我不应该使用“实时”这个词,你是对的。我的意思是,在这个硬件上它应该在大约 300 毫秒内完成。然而,霍夫圆的一个问题是它并不总是一个精确的圆,长轴和短轴之间可能存在高达 2% 的差异(并且能够检测到这种差异很重要)。跨度>
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