OpenCV计算机视觉开发入门与实践＜十四＞：基础几何图形绘制

1. 点的表示

在 OpenCV 中，点分为 2D 平面中的点和 3D 平面中的点，区别是 3D 平面中的点多了一个 z坐标。我们首先介绍 2D 平面中的点，坐标为整数的点可以用类 cv::Point 来表示，它实际上由模板类 Point_重新定义而得：

c 复制代码

typedef Point_<int> Point2i;
typedef Point2i Point;

Point 表示由图像坐标 x 和 y 指定的 2D 点，坐标 x 和 y 都是整数。比如这样定义一个坐标为(10,8)的点：

cpp 复制代码

Point pt; //先定义一个 Point 变量
pt.x = 10;//对 x 坐标赋值
pt.y = 8; //对 y 坐标赋值

或者定义时直接赋值：

c 复制代码

Point pt = Point(10, 8);

点和点之间还可以进行加减运算和逻辑判断，比如：

cpp 复制代码

pt1 = pt2 + pt3;
pt1 = pt2 - pt3;
pt1 += pt2;
pt1 -= pt2;
if(pt1 == pt2) ...
if(pt1 != pt2) ...

除此之外，OpenCV 还支持坐标为 float 和 double 类型的点，分别用 Point2f 和 Point2d 来表示，它们也是由模板类 Point_重新定义而得的：

cpp 复制代码

typedef Point_<float> Point2f;
typedef Point_<double> Point2d;

比如我们定义两个坐标为浮点数类型的点：

cpp 复制代码

Point2f a(0.3f, 0.f), b(0.f, 0.4f);
Point pt = (a + b)*10.f;
cout << pt.x << ", " << pt.y << endl;

3D 空间中的点也有类似定义，比如 x、y、z 均是整数的点，可以用类 cv::Point3i 来定义，它是由模板类 Point3_重新定义的：

cpp 复制代码

typedef Point3_<int> cv::Point3i;

同样，也有坐标为浮点数的 3D 空间的点，用 Point3f 来定义，比如：

cpp 复制代码

//1.默认构造函数
Point3f p2;//数据为[0,0,0]
//2.赋值构造函数
Point3f p3(1, 2,3);//数据为[1,2,3]
Point3f p4(p3);//数据为[1,2,3]
cout << p3 << "\n" << p4 << endl;
//3.带参数的构造函数
Point3f p6(1.1, 1.2, 1.3);//数据为[1.1,1.2,1.3]

2. 画矩形

全局函数 rectangle 通过对角线上的两个顶点绘制矩形，函数声明如下：

cpp 复制代码

void cv::rectangle(InputOutputArray img, Point pt1, Point pt2, const Scalar 
& color, int thickness = 1, int lineType = LINE_8, int shift = 0 );
void cv::rectangle (InputOutputArray img, Rect rec, const Scalar & color, 
int thickness=1, int lineType = LINE_8, int shift = 0)

其中参数 img 表示矩形所在的图像；pt1 表示矩形的一个顶点；pt2 表示矩形对角线上的另一个顶点；color 表示线条颜色（RGB）或亮度（灰度图像）；thickness 表示组成矩形的线条的粗细程度，取负值时（如 CV_FILLED）函数绘制填充了色彩的矩形；line_type 表示线条的类型；shift表示坐标点的小数点位数。

下面我们来看一个例子，绘制一个医院的红十字。

【例】绘制医院的红十字

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <opencv2\imgproc\types_c.h> //for CV_RGB2GRAY
#include <opencv2/core.hpp>
#include <opencv2/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc.hpp> 
#pragma comment(lib, "opencv_world4140d.lib") //引用引入库
using namespace std;
using namespace cv;
int main()
{
	Mat image3 = Mat::zeros(200, 320, CV_8UC3);//生成全零矩阵
	Rect rec1 = Rect(10, 30, 60, 20); //定义矩形对象，左上角坐标是(10,30)，宽度是 60，高度是 20
	Rect rec2 = Rect(30, 10, 20, 60); //定义矩形对象，左上角坐标是(30,10)，宽度60，高度是 20
	rectangle(image3, rec1, Scalar(0, 0, 255), -1, 8, 0);//在 image3 上画横矩形
	rectangle(image3, rec2, Scalar(0, 0, 255), -1, 8, 0);//在 image3 上画竖矩形
	rectangle(image3, Point(10, 30), Point(70, 50), Scalar(0, 255, 255),2, 8, 0);//黄色矩形镶边
	rectangle(image3, Point(30, 10), Point(50, 70), Scalar(0, 255, 255), 2,8, 0);//黄色矩形镶边
	rectangle(image3, Point(30, 30), Point(50, 50), Scalar(0, 0, 255), 3, 8);//红色正方形覆盖（中央）
	imshow("红十字", image3);
	waitKey();
	return 0;
}

在代码中，我们首先创建了一个 Mat 矩阵对象 image3，并且是全黑的。然后定义了两个矩形对象 rec1 和 rec2，分别表示红十字的横矩形和竖矩形，然后调用画矩形函数 rectangle 进行绘制，这两个矩形使用颜色填充，因为倒数第三个参数是-1。接着我们又画了两个矩形（这次没有填充，是画的矩形边），黄色镶边。

3.画圆

全局函数 circle 用来绘制或填充一个给定圆心和半径的圆，函数声明如下：

cpp 复制代码

void cv::circle (InputOutputArray img, Point center,int radius,const 
Scalar & color, int thickness = 1, int lineType = LINE_8, int shift = 0);

其中参数 img 表示输入的图像（圆画在这个图像上）；center 表示圆心坐标；radius 表示圆的半径；color 表示圆的颜色，规则根据 B（蓝）G（绿）R（红），例如蓝色为Scalar(255,0,0)；thickness如果是正数，就表示组成圆的线条的粗细程度，否则表示圆是否被填充；lineType 表示线条的类型；shift 表示圆心坐标点和半径值的小数点位数。

下面我们来看一个实例，绘制奥迪车标。我们知道奥迪车的车标是 4 个圆圈，所以使用 circle函数来实现。

【例】绘制奥迪车标

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <opencv2\imgproc\types_c.h> //for CV_RGB2GRAY
#include <opencv2/core.hpp>
#include <opencv2/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc.hpp> 
#pragma comment(lib, "opencv_world4140d.lib") //引用引入库
using namespace std;
using namespace cv;
int main(int argc, char** argv)
{
	Mat image2 = Mat::zeros(500, 850, CV_8UC3);//生成一个 500x850 的 Mat 矩阵
	circle(image2, Point(447, 63), 63, (0, 0, 255), -1); //演示画一个实心圆
	//开始绘制奥迪车标
	 //绘制第一个圆，半径为 100，圆心为（200，300），颜色为紫色
	circle(image2, Point(200, 300), 100, Scalar(225, 0, 225), 7, 8);
	//绘制第一个圆，半径为 100，圆心为（350，300），线宽为 7
	circle(image2, Point(350, 300), 100, Scalar(225, 0, 225), 7, 8);
	//绘制第一个圆，半径为 100，圆心为（500，300）
	circle(image2, Point(500, 300), 100, Scalar(225, 0, 225), 7, 8);
	//绘制第一个圆，半径为 100，圆心为（650，300）
	circle(image2, Point(650, 300), 100, Scalar(225, 0, 225), 7, 8);
	imshow("奥迪车标", image2);
	waitKey();
	return 0;
}

4.画椭圆

函数 ellipse 用来绘制或者填充一个简单的椭圆弧或椭圆扇形，该函数声明如下：

cpp 复制代码

void cv::ellipse ( InputOutputArray img, Point center, Size axes, double 
angle,double startAngle, double endAngle, const Scalar & color, int thickness = 
1, int lineType = LINE_8, int shift = 0 );

其中参数 img 表示输入的图像（圆画在这个图像上）；center 表示椭圆圆心坐标；axes 表示轴的长度；angle 表示偏转的角度；startAngle 表示圆弧起始角的角度；endAngle 表示圆弧终结角的角度；color 表示线条的颜色；thickness 表示线条的粗细程度；line_type 表示线条的类型；shift 表示圆心坐标点和数轴的精度。

下面我们来看一个实例，绘制丰田车标。我们知道丰田车标是由 3 个椭圆组成的，两个横着，一个竖着。

【例】绘制丰田车标

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <opencv2\imgproc\types_c.h> //for CV_RGB2GRAY
#include <opencv2/core.hpp>
#include <opencv2/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc.hpp> 
#pragma comment(lib, "opencv_world4140d.lib") //引用引入库
using namespace std;
using namespace cv;
int main(int argc, char** argv)
{
	//绘制丰田车标
	Mat image1 = Mat::zeros(900, 900, CV_8UC3);//900×900 的窗口
	//绘制第一个椭圆，大椭圆，颜色为红色
	ellipse(image1, Point(450, 450), Size(400, 250), 0, 0, 360, Scalar(0, 0,225), 5, 8);
	//绘制第二个椭圆，竖椭圆
	ellipse(image1, Point(450, 450), Size(250, 110), 90, 0, 360, Scalar(0, 0,225), 5, 8);
	//绘制第三个椭圆，小椭圆（横）
	ellipse(image1, Point(450, 320), Size(280, 120), 0, 0, 360, Scalar(0, 0,225), 5, 8);
	imshow("丰田", image1);
	waitKey();
	return 0;
}

【例】画圆和画椭圆的联合作战

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <opencv2\imgproc\types_c.h> //for CV_RGB2GRAY
#include <opencv2/core.hpp>
#include <opencv2/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc.hpp> 
#pragma comment(lib, "opencv_world4140d.lib") //引用引入库
using namespace std;
using namespace cv;
#define WINDOW_NAME1 "绘制图 1"
#define WINDOW_NAME2 "绘制图 2"
#define WINDOW_WIDTH 600 //定义窗口大小
void DrawEllipse(Mat img, double angle);
void DrawFi1ledCirc1e(Mat img, Point center);
int main()
{
	Mat atomImage = Mat::zeros(WINDOW_WIDTH, WINDOW_WIDTH, CV_8UC3);
	Mat rookImage = Mat::zeros(WINDOW_WIDTH, WINDOW_WIDTH, CV_8UC3);
	//绘制椭圆
	DrawEllipse(atomImage, 90);
	DrawEllipse(atomImage, 0);
	DrawEllipse(atomImage, 45);
	DrawEllipse(atomImage, -45);
	//绘制圆心
	DrawFi1ledCirc1e(atomImage, Point(WINDOW_WIDTH / 2, WINDOW_WIDTH / 2));
	imshow(WINDOW_NAME1, atomImage);
	waitKey(0);
	return 0;
}
void DrawEllipse(Mat img, double angle) {
	int thickness = 2;
	int lineType = 8;
	ellipse(img, Point(WINDOW_WIDTH / 2, WINDOW_WIDTH / 2), Size(WINDOW_WIDTH
		/ 4, WINDOW_WIDTH / 16), angle, 0, 360, Scalar(255, 129, 0), thickness, lineType);
}
void DrawFi1ledCirc1e(Mat img, Point center) {
	int thickness = -1;
	int lineType = 8;
	circle(img, center, WINDOW_WIDTH / 32, Scalar(0, 0, 255), thickness, lineType);
}

5. 画线段

在 OpenCV 中，函数 Line 用来实现画线段，函数声明如下：

cpp 复制代码

void cv::line ( InputOutputArray img, Point pt1, Point pt2,const Scalar & 
color, int thickness = 1, int lineType = LINE_8, int shift = 0);

其中参数 img 表示输入的图像（圆画在这个图像上）；pt1 表示线段的起始点；pt2 表示线段的结束点；color 表示线段颜色；thickness 表示线段粗细；lineType 表示线段类型；shift 表示点坐标中的小数位数。

6. 填充多边形

在 OpenCV 中，函数 fillPoly 用来填充多边形，函数声明如下：

cpp 复制代码

void cv::fillPoly (Mat &img, const Point **pts, const int *npts, int ncontours, 
const Scalar &color, int lineType=LINE_8, int shift=0, Point offset=Point());

其中参数 img 表示输入的图像（圆画在这个图像上）；pts 表示多边形点集；color 表示多变形颜色；lineType 表示线段类型；shift 表示点坐标中的小数位数；offset 表示等高线所有点的偏移。

现在我们来看一个综合的例子，例子中实现画线段、画椭圆、填充多边形等。

【例】画图综合

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <opencv2/core.hpp>
#include <opencv2/imgproc.hpp>
#include <opencv2/highgui.hpp>
#define w 400
using namespace cv;
#pragma comment(lib, "opencv_world4140d.lib") //引用引入库
void MyEllipse(Mat img, double angle);
void MyFilledCircle(Mat img, Point center);
void MyPolygon(Mat img);
void MyLine(Mat img, Point start, Point end);

int main(void) 
{
	char atom_window[] = "Drawing 1: Atom";
	char rook_window[] = "Drawing 2: Rook";
	Mat atom_image = Mat::zeros(w, w, CV_8UC3);
	Mat rook_image = Mat::zeros(w, w, CV_8UC3);
	MyEllipse(atom_image, 90);
	MyEllipse(atom_image, 0);
	MyEllipse(atom_image, 45);
	MyEllipse(atom_image, -45);
	MyFilledCircle(atom_image, Point(w / 2, w / 2));
	MyPolygon(rook_image);
	rectangle(rook_image, Point(0, 7 * w / 8), Point(w, w), Scalar(0, 255,255), FILLED, LINE_8);
	MyLine(rook_image, Point(0, 15 * w / 16), Point(w, 15 * w / 16));
	MyLine(rook_image, Point(w / 4, 7 * w / 8), Point(w / 4, w));
	MyLine(rook_image, Point(w / 2, 7 * w / 8), Point(w / 2, w));
	MyLine(rook_image, Point(3 * w / 4, 7 * w / 8), Point(3 * w / 4, w));
	imshow(atom_window, atom_image);
	moveWindow(atom_window, 0, 200);
	imshow(rook_window, rook_image);
	moveWindow(rook_window, w, 200);
	waitKey(0);
	return(0);
}
void MyEllipse(Mat img, double angle)
{
	int thickness = 2;
	int lineType = 8;
	ellipse(img, Point(w / 2, w / 2), Size(w / 4, w / 16), angle, 0, 360, Scalar(255,
		0, 0), thickness, lineType);
}
void MyFilledCircle(Mat img, Point center)
{
	circle(img, center, w / 32, Scalar(0, 0, 255), FILLED, LINE_8);
}
void MyPolygon(Mat img)
{
	int lineType = LINE_8;
	Point rook_points[1][20];
	rook_points[0][0] = Point(w / 4, 7 * w / 8);
	rook_points[0][1] = Point(3 * w / 4, 7 * w / 8);
	rook_points[0][2] = Point(3 * w / 4, 13 * w / 16);
	rook_points[0][3] = Point(11 * w / 16, 13 * w / 16);
	rook_points[0][4] = Point(19 * w / 32, 3 * w / 8);
	rook_points[0][5] = Point(3 * w / 4, 3 * w / 8);
	rook_points[0][6] = Point(3 * w / 4, w / 8);
	rook_points[0][7] = Point(26 * w / 40, w / 8);
	rook_points[0][8] = Point(26 * w / 40, w / 4);
	rook_points[0][9] = Point(22 * w / 40, w / 4);
	rook_points[0][10] = Point(22 * w / 40, w / 8);
	rook_points[0][11] = Point(18 * w / 40, w / 8);
	rook_points[0][12] = Point(18 * w / 40, w / 4);
	rook_points[0][13] = Point(14 * w / 40, w / 4);
	rook_points[0][14] = Point(14 * w / 40, w / 8);
	rook_points[0][15] = Point(w / 4, w / 8);
	rook_points[0][16] = Point(w / 4, 3 * w / 8);
	rook_points[0][17] = Point(13 * w / 32, 3 * w / 8);
	rook_points[0][18] = Point(5 * w / 16, 13 * w / 16);
	rook_points[0][19] = Point(w / 4, 13 * w / 16);
	const Point* ppt[1] = { rook_points[0] };
	int npt[] = { 20 };
	fillPoly(img, ppt, npt, 1, Scalar(255, 255, 255), lineType);
}
void MyLine(Mat img, Point start, Point end)
{
	int thickness = 2;
	int lineType = LINE_8;
	line(img, start, end, Scalar(0, 0, 0), thickness, lineType);
}