EmguCV学习笔记 VB.Net 6.2 轮廓处理

EmguCV是一个基于OpenCV的开源免费的跨平台计算机视觉库,它向C#和VB.NET开发者提供了OpenCV库的大部分功能。

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6.2 轮廓处理

6.2.1 VectorOfPoint

VectorOfPoint是EmguCV中用于存储和操作点数可变的点集（Point）的类，它可以用来存储任意数量的点。在前面的章节中介绍过VectorOf~这样的类型。这里单独介绍一下VectorOfPoint。

使用VectorOfPoint类可以方便地进行点集的存储和操作，是在EmguCV中进行图像处理和分析的重要工具之一。在实际中，VectorOfPoint可以理解为很多点的集合，比如图像中的某个填充矩形，它就是由很多点组合在一起的，可以认为这个矩形就是一个VectorOfPoint。

VectorOfPoint类提供了一系列方法和属性，用于对点集进行增删改查、排序、遍历等操作，方便进行图像处理和分析。

1、创建VectorOfPoint对象

创建VectorOfPoint对象的方式如下：

Dim vop As New VectorOfPoint

2、向VectorOfPoint对象中增加点

通过Push方法向VectorOfPoint对象中增加点（这里需要传入点数组），例如：

vop.Push(New Point() {New Point(10, 20), New Point(30, 30)})

3、从VectorOfPoint对象中获取点

可以通过索引器或ToArray方法从VectorOfPoint对象中获取指定位置或所有位置的点，例如：

Dim p As Point = vop(0)

Dim arrP() As Point = vop.ToArray

4、修改VectorOfPoint对象中的点

非常遗憾的是，没有提供直接修改的方法。

5、获取VectorOfPoint中的点的数量

可以通过Length属性获取VectorOfPoint中点的数量。

6、清除VectorOfPoint对象中的点

可以通过Clear方法实现。

其它**VectorOf~**开头的类型，请参考VectorOfPoint。

6.2.2 VectorOfVectorOfPoint

VectorOfVectorOfPoint是EmguCV中用于存储和操作多个点集（VectorOfPoint）的类，它也是一个泛型类，可以用来存储任意数量的点集。该类提供了一系列方法和属性，用于对点集进行增删改查、排序、遍历等操作，方便进行图像处理和分析。

在实际中，VectorOfVectorOfPoint可以理解为很多VectorOfPoint的集合，比如图像中有矩形、圆形、多边形等，它们分别是由很多点组合在一起的，即这些图形自身是一个VectorOfPoint，而VectorOfVectorOfPoint就包含（可能是全部包含，也可能是部分包含）多个这样的VectorOfPoint。

VectorOfVectorOfPoint类的操作和VectorOfPoint类似，这里不再累述。

其它**VectorOfVectorOf~**开头的类型，请参考VectorOfVectorOfPoint。

6.2.3 轮廓查找FindContours

通过CvInvoke.FindContours方法，可以在二值图像中查找轮廓，该方法声明如下：

Public Shared Sub FindContours(image As Emgu.CV.IInputOutputArray, contours As Emgu.CV.IOutputArray, hierarchy As Emgu.CV.IOutputArray, mode As Emgu.CV.CvEnum.RetrType, method As Emgu.CV.CvEnum.ChainApproxMethod, Optional offset As System.Drawing.Point = Nothing)

参数说明：

image：需要进行轮廓查找的二值图像。
contours：存储轮廓的数组，这是一个VectorOfVectorOfPoint类型。
hierarchy：存储轮廓的层级信息，它是一个包含四个整数的数组，其结构为：

同层下一个轮廓索引-同层上一个轮廓索引-第一个子轮廓索引-父轮廓索引

通常使用VectorOfRect来存储这个层级结构信息，以上结构信息对应Rect的：

X-Y-Width-Height

mode：轮廓查找的模式。这是一个RetrType枚举类型，包含以下成员：
1. List：提取所有轮廓，不建立层级关系。
2. Ccomp：提取所有轮廓，并建立两层层级关系。
3. External：只提取最外层的轮廓。
4. Tree：提取所有的轮廓并建立完整的层级关系。
method：轮廓近似的方法。这是一个ChainApproxMethod枚举类型，主要成员：
1. ChainCode：表示使用链码近似算法，该算法使用像素点的坐标差异来表示轮廓的形状。计算复杂度较低。
2. ChainApproxNone：表示不使用近似算法，直接使用所有像素点来表示轮廓的形状。计算复杂度较低。
3. ChainApproxSimple：表示使用简单的近似算法，该算法使用线段连接像素点来近似轮廓的形状。计算复杂度较高。
4. ChainApproxTc89L1：表示使用Teh-Chin链码近似算法之一，该算法可以更加准确地表示轮廓的形状。计算复杂度较高。
5. ChainApproxTc89Kcos：表示使用Teh-Chin链码近似算法之一，该算法可以更加准确地表示轮廓的形状。计算复杂度较高。
offset：输入参数，表示轮廓坐标的偏移量。

具体代码参看6.2.4 节【轮廓绘制DrawContours】

！

6.2.4 轮廓绘制DrawContours

在Emgu.CV中，CvInvoke.DrawContours函数用于绘制轮廓。它的用法如下：

Public Shared Sub DrawContours(image As Emgu.CV.IInputOutputArray, contours As Emgu.CV.IInputArrayOfArrays, contourIdx As Integer, color As Emgu.CV.Structure.MCvScalar, Optional thickness As Integer = 1, Optional lineType As Emgu.CV.CvEnum.LineType = 8, Optional hierarchy As Emgu.CV.IInputArray = Nothing, Optional maxLevel As Integer = 2147483647, Optional offset As System.Drawing.Point = Nothing)

参数说明：

contours：要绘制的轮廓数组，这是一个VectorOfVectorOfPoint类型。对应使用FindContours方法获得的contours。
contourIdx：要绘制的轮廓的索引。传入-1表示绘制所有的轮廓。
color：绘制轮廓的颜色。可以使用MCvScalar结构指定颜色值。
thickness：绘制轮廓的线条粗细。
lineType：绘制轮廓的线条类型。
hierarchy：轮廓的层级信息，如果不需要使用层级信息，可设置为Nothing。
maxLevel：绘制轮廓的最大层级，默认值为Integer.MaxValue，表示绘制所有层级的轮廓。
offset：绘制轮廓的坐标偏移量，默认值为Nothing。

【代码位置：frmChapter6】Button4_Click

'FindContours查找轮廓

Private Sub Button4_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button4.Click

'直接载入灰度图像

Dim m1 As New Mat("C:\learnEmgucv\shape1.jpg", CvEnum.ImreadModes.Grayscale)

ImageBox1.Image = m1

'二值化

Dim mid1 As New Mat

CvInvoke.Threshold(m1, mid1, 150, 255, ThresholdType.BinaryInv)

'最好使最外层为黑色。如果为白色，那么会将最外层算为一个轮廓。所以这里使用 ThresholdType.BinaryInv

ImageBox2.Image = mid1

Dim contours As New VectorOfVectorOfPoint

Dim hierarchy As New VectorOfRect

'同层下一个轮廓索引-同层上一个轮廓索引-第一个子轮廓索引-父轮廓索引

CvInvoke.FindContours(mid1, contours, hierarchy, RetrType.List, ChainApproxMethod.ChainApproxSimple)

Dim m2 As New Mat

m2 = m1.Clone()

m2.SetTo(New MCvScalar(0))

'绘制轮廓

For i As Integer = 0 To contours.Size - 1

CvInvoke.DrawContours(m2, contours, i, New MCvScalar(255), 2)

ImageBox3.Image = m2

'输出轮廓层级信息

For i As Integer = 0 To hierarchy.Size - 1

Console.WriteLine(i & "-" & hierarchy(i).X & "-" & hierarchy(i).Y & "-" & hierarchy(i).Width & "-" & hierarchy(i).Height)

End Sub

运行后如下图所示：

图6-4 绘制出的轮廓

图6-5 输出轮廓间关系

以下代码只绘制出最外层轮廓，由于不需要层级关系，所以hierarchy设置为nothing，mode设置为External。

【代码位置：frmChapter6】Button5_Click

'FindContours查找轮廓

Private Sub Button5_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button5.Click

Dim m1 As New Mat("C:\learnEmgucv\shape1.jpg", CvEnum.ImreadModes.Grayscale)

ImageBox1.Image = m1

Dim mid1 As New Mat

CvInvoke.Threshold(m1, mid1, 150, 255, ThresholdType.BinaryInv)

ImageBox2.Image = mid1

Dim contours As New VectorOfVectorOfPoint

Dim hierarchy As New VectorOfRect

'只提取最外层轮廓

CvInvoke.FindContours(mid1, contours, Nothing, RetrType.External, ChainApproxMethod.ChainApproxSimple)

'在全黑的图像上绘制出轮廓

Dim m2 As New Mat

m2 = m1.Clone()

m2.SetTo(New MCvScalar(0))

For i As Integer = 0 To contours.Size - 1

CvInvoke.DrawContours(m2, contours, i, New MCvScalar(255), 2)

ImageBox3.Image = m2

End Sub

运行后如下图所示：

图6-6 绘制出的轮廓

6.2.5 轮廓面积 ContourArea

CvInvoke.ContourArea方法用于计算轮廓的面积。它的声明如下：

Public Shared Function ContourArea(contour As Emgu.CV.IInputArray, Optional oriented As Boolean = False) As Double

参数说明：

contour：要计算面积的轮廓。这是一个VectorOfPoint类型。对应使用FindContours方法获得的contours所包含的成员。
calculateArea：指定轮廓是否有方向，即面积是否为有向面积。如果为True，则计算的是有向面积，否则计算的是无向面积。有向面积是指轮廓线的外侧为正面，内侧为负面，因此有向面积可以为正数或负数；无向面积则是指轮廓线所包含的平面区域的面积，只能为正数。默认情况下，该参数为 false，即不考虑方向，总是返回面积的绝对值。

【代码位置：frmChapter6】Button6_Click

'按照面积进行筛选输出

Private Sub Button6_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button6.Click

Dim m1 As New Mat("C:\learnEmgucv\shape1.jpg", CvEnum.ImreadModes.Grayscale)

ImageBox1.Image = m1

'二值化

Dim mid1 As New Mat

CvInvoke.Threshold(m1, mid1, 150, 255, ThresholdType.BinaryInv)

ImageBox2.Image = mid1

Dim contours As New VectorOfVectorOfPoint

Dim hierarchy As New VectorOfRect

'查找轮廓

CvInvoke.FindContours(mid1, contours, hierarchy, RetrType.List, ChainApproxMethod.ChainApproxSimple)

Dim m2 As New Mat

m2 = m1.Clone()

m2.SetTo(New MCvScalar(0))

For i As Integer = 0 To contours.Size - 1

Dim carea As VectorOfPoint = contours(i)

'获得轮廓面积

Dim area As Double = CvInvoke.ContourArea(carea, False)

'符合条件时，绘制轮廓

If area < 10000 Then

CvInvoke.DrawContours(m2, contours, i, New MCvScalar(255), -1)

End If

ImageBox3.Image = m2

End Sub

运行后如下图所示：

图6-7 输出面积小于10000的轮廓

6.2.6 轮廓周长 ArcLength

在Emgu.CV中，CvInvoke.ArcLength函数用于计算轮廓的弧长（周长）。它的用法如下：

Public Shared Function ArcLength(curve As Emgu.CV.IInputArray, isClosed As Boolean) As Double

参数说明：

contour：要计算周长的轮廓。这是一个VectorOfPoint类型。对应使用FindContours方法获得的contours所包含的成员。
closed：表示轮廓是否是闭合的。如果为True，返回轮廓的曲线长度；如果为False，返回轮廓的周长。

【代码位置：frmChapter6】Button7_Click

'轮廓的面积和周长

Private Sub Button7_Click(sender As Object, e As EventArgs) Handles Button7.Click

Dim m1 As New Mat("C:\learnEmgucv\shape1.jpg", CvEnum.ImreadModes.Grayscale)

ImageBox1.Image = m1

'二值化并取反

Dim mid1 As New Mat

CvInvoke.Threshold(m1, mid1, 150, 255, ThresholdType.BinaryInv)

ImageBox2.Image = mid1

Dim contours As New VectorOfVectorOfPoint

Dim hierarchy As New VectorOfRect

'查找轮廓

CvInvoke.FindContours(mid1, contours, hierarchy, RetrType.List, ChainApproxMethod.ChainApproxSimple)

Dim m2 As New Mat

m2 = m1.Clone()

m2.SetTo(New MCvScalar(0))

For i As Integer = 0 To contours.Size - 1

'绘制轮廓

CvInvoke.DrawContours(m2, contours, i, New MCvScalar(255), 2)

'获得面积

Dim area As Double = CvInvoke.ContourArea(contours(i), False)

'获得周长

Dim length As Double = CvInvoke.ArcLength(contours(i), True)

'输出面积和周长

Console.WriteLine(i & "-" & area & "-" & length)

ImageBox3.Image = m2

End Sub

运行后如下图所示：

图6-8 输出轮廓的面积和周长