计算机视觉第九课：颜色 + 形状 联合识别

一、核心思路（3 步）

1. 转 HSV：用 HSV 空间做颜色过滤（比 RGB 稳）。
2. 轮廓检测 + 形状判断 ：用 approxPolyDP 数角点。
3. 颜色 + 形状组合输出：给每个物体打标签（如 "Blue Rectangle"）。

二、代码

import cv2
import numpy as np

# ---------------------- 1. 颜色识别函数 ----------------------
def get_color(h, s, v):
    if s < 100 or v < 100:
        return "White/Gray"
    if (h >= 0 and h < 10) or (h >= 170 and h <= 180):
        return "Red"
    elif h >= 40 and h < 80:
        return "Green"
    elif h >= 100 and h < 130:
        return "Blue"
    else:
        return "Other"

# ---------------------- 2. 形状识别函数 ----------------------
def get_shape(approx):
    sides = len(approx)
    if sides == 3:
        return "Triangle"
    elif sides == 4:
        return "Rectangle"
    elif sides >= 6:
        return "Circle"
    else:
        return "Unknown"

# ---------------------- 3. 主程序 ----------------------
img = cv2.imread("shapes.png")  # 换成你的图片路径
h, w = img.shape[:2]
hsv = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2HSV)
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

# 二值化 + 轮廓
_, thresh = cv2.threshold(gray, 240, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV)
contours, _ = cv2.findContours(thresh, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

for cnt in contours:
    area = cv2.contourArea(cnt)
    if area < 500:  # 过滤噪点
        continue

    # 形状判断
    epsilon = 0.04 * cv2.arcLength(cnt, True)
    approx = cv2.approxPolyDP(cnt, epsilon, True)
    shape = get_shape(approx)

    # 找轮廓中心（用于取颜色）
    M = cv2.moments(cnt)
    if M["m00"] == 0:
        continue
    cx = int(M["m10"] / M["m00"])
    cy = int(M["m01"] / M["m00"])

    # 取中心像素的HSV → 判断颜色
    h_val, s_val, v_val = hsv[cy, cx]
    color = get_color(h_val, s_val, v_val)

    # 画轮廓 + 写文字
    cv2.drawContours(img, [approx], -1, (0,255,0), 2)
    text = f"{color} {shape}"
    cv2.putText(img, text, (cx-40, cy),
                cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (255,0,0), 2)

cv2.imshow("Result", img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

三、关键代码与原理说明

h, w = img.shape[:2]

cv2.imread()得到的img是一个h,w,c的三维数组

_, thresh = cv2.threshold(gray, 240, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV)

240是阈值，表示阈值为240

255是最大值

cv2.THRESH_BINARY_INV 表示黑白反转

意思是：灰度值>=240的变成黑色，<240 变成白色

反二值化规则：

• 像素值 > 240 → 设为 0（黑）
• 像素值 ≤ 240 → 设为 255（白）

findContours 的 "怪脾气"

它只在：

• 黑色背景（0）
• 白色物体（255）

这种图里，才能正确找到物体轮廓。反过来：白底、黑 / 彩色物体 → 直接找不到或乱找。

_, thresh = cv2.threshold(gray, 240, 255, cv2.THRESH_BINARY)

白底黑物 ，findContours 不认，检测不到轮廓。

epsilon = 0.04 * cv2.arcLength(cnt, True)

周长的0.04倍作为误差值，True表示闭合曲线

M = cv2.moments(cnt)
if area < 500:  # 过滤噪点
        continue
cx = int(M["m10"] / M["m00"])
cy = int(M["m01"] / M["m00"])

返回M是一个字典，计算这个轮廓的 "矩"，M["m10"] 里的 m = moment（矩） ，后面的 0 和 10 是公式编号

其中：M["m00"] = 物体的面积， 如果面积 = 0 → 这个轮廓是空的，跳过它

M"m10"表示x的所有点的 X 坐标总和

M"m01"= 所有点的 Y 坐标总和

• cx = X 坐标总和 ÷ 总面积（得到中心 X）
• cy = Y 坐标总和 ÷ 总面积（得到中心 Y）

hsv = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2HSV)
#hsv是一张图片

• 每个像素 = [蓝, 绿, 红]
• hsv 是 HSV 空间每个像素 = [色相H, 饱和度S, 亮度V]

都是图片，都是三维数组（高度 × 宽度 × 3）

它和你最开始的 img 结构完全一样 ，只是颜色空间变了：

• img 是 BGR 空间每个像素 = [蓝, 绿, 红]
• hsv 是 HSV 空间每个像素 = [色相H, 饱和度S, 亮度V

那我们为什么要取 hsv cy, cx？

因为我们要拿物体中心点的像素值：

• 在 HSV 图片里
• 第 cy 行 ，第 cx 列
• 拿出这个像素的 H、S、V 三个值