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如何使用 OpenCV 连接图像中的边缘?

ryandra 2月前

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我有一张二进制图像,其中包含一些矩形形状,其中只有边缘完全可见。我想连接缺失的线条并制作完整的矩形。如何使用 Open... 实现此目的

我有一张二值图像,其中包含一些矩形形状,其中只有边缘完全可见。我想连接缺失的线条并制作完整的矩形。如何使用 OpenCV 实现这一点。

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我的目标结果如下:

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  • 我想我也把“我的”方法扔进锅里。当我发表评论时,我还没有看到詹姆斯的回答。我的方法非常相似,增加了一些方向约束。我还假设角彼此完全成一线,即 它们形成的轴 偏移

    方法:

    • 使用 “命中和未命中变换” ,找到这些角标记,并按它们指示的角分组
    • 方向 上找到最接近匹配的角

    如果所有角度都匹配,这将找到所有的盒子。

    我将介绍两种将节点关联到矩形的方法。第一种方法更像“行人”,以固定顺序绕矩形移动。第二种方法构建一个图形,因此它可以更优雅地处理缺失的角落。

    我不处理只有两个角的矩形的情况。如果它们彼此对角,则可以恢复。我不这样做。这只需要朝正确的方向看并考虑最近的角...但这必须确保不会捕捉到实际上属于完整矩形的角。


    # hit-miss-transform
    
    kernel = np.array([
        [-1, -1, -1],
        [-1, +1, +1],
        [-1, +1, -1]
    ], dtype=np.int8)
    
    def find_corners(im, kernel):
        res = cv.morphologyEx(im, cv.MORPH_HITMISS, kernel)
        coords = cv.findNonZero(res)
        return coords.reshape((-1, 2)).tolist()
    
    coords_tl = find_corners(im, kernel) # corner 1
    coords_tr = find_corners(im, np.rot90(kernel, -1)) # corner 2
    coords_br = find_corners(im, np.rot90(kernel, -2)) # corner 3
    coords_bl = find_corners(im, np.rot90(kernel, -3)) # corner 4
    

    第一个变体/替代方案:

    # finding nearest corners in a certain direction
    # dx and dy either lock that axis down or allow candidates in that direction
    
    def closest_in_direction(x, y, dx, dy, coords):
        candidates = [
            i for i, (xx, yy) in enumerate(coords)
            if (((xx - x) * dx >= 0) if dx != 0 else (xx == x))
            and (((yy - y) * dy >= 0) if dy != 0 else (yy == y))
        ]
    
        if not candidates:
            return None
    
        def distance_predicate(i):
            xx, yy = coords[i]
            return max(abs(xx - x), abs(yy - y))
    
        return min(candidates, key=distance_predicate)
    
    # assembling boxes from corners
    
    boxes = []
    while len(coords_tl) > 0:
        x0, y0 = coords_tl.pop()
        x1 = y1 = None
        # looking for x1, y1 which is corner 3, diagonal to corner 1
    
        if (i2 := closest_in_direction(x0, y0, dx=1, dy=0, coords=coords_tr)) is not None:
            x1, y0_ = coords_tr.pop(i2)
            assert y0_ == y0
    
        if (i4 := closest_in_direction(x0, y0, dx=0, dy=1, coords=coords_bl)) is not None:
            x0_, y1 = coords_bl.pop(i4)
            assert x0_ == x0
    
        if (x1 is not None) and (y1 is not None):
            if (i3 := closest_in_direction(x1, y1, dx=0, dy=0, coords=coords_br)) is not None:
                coords_br.pop(i3)
            else:
                print("BR corner not found, inferred")
    
            boxes.append((x0, y0, x1, y1))
    
    assert len(coords_tl) == 0
    assert len(coords_tr) == 0
    assert len(coords_br) == 0
    assert len(coords_bl) == 0
    
    # draw the boxes
    
    pad = 5
    canvas = cv.cvtColor(im, cv.COLOR_GRAY2BGR)
    for box in boxes:
        (x0, y0, x1, y1) = box
        (x0, y0, x1, y1) = (x0 - pad, y0 - pad, x1 + pad, y1 + pad)
        cv.rectangle(canvas, (x0, y0), (x1, y1), color=(0, 255, 0))
    

    result


    这是 构建图形并提取连通分量的 第二种

    构建图表:

    • 有一个节点列表
    • 考虑所有对
    • 检查一对之间是否应该有边,

    寻找连通分量:

    • 选择任何 未访问的 节点(它们最初都是未访问的)
    • 找到它的邻居,找到他们的邻居,...直到找到所有邻居
    • 将其标记为已访问
    • 重复
    # (x, y, dx, dy) # dx,dy suggest edges in specific direction
    nodes = \
        [ (x,y, +1, +1) for (x,y) in coords_tl ] + \
        [ (x,y, -1, +1) for (x,y) in coords_tr ] + \
        [ (x,y, -1, -1) for (x,y) in coords_br ] + \
        [ (x,y, +1, -1) for (x,y) in coords_bl ]
    
    def construct_edges(nodes):
        edges = set()
        # run through all pairings, test for edgability, maybe create edge
        for i in range(len(nodes)-1):
            for j in range(i+1, len(nodes)):
                (ax, ay, adx, ady) = nodes[i]
                (bx, by, bdx, bdy) = nodes[j]
                dx = ax - bx
                dy = ay - by
    
                if ((ay == by) and (adx * bdx < 0) and (dx * adx < 0)) \
                or ((ax == bx) and (ady * bdy < 0) and (dy * ady < 0)):
                    edges.add((i, j))
    
        return edges
    
    edges = construct_edges(nodes)
    

    所有这些以任意顺序绘制的单边, 看起来 像是在正确的位置上画出了矩形……但实际上并不存在真正的矩形。这只是矩形的边缘。

    def get_connected_components(nodes, edges):
        components = set()
        # set of sets, theoretically, frozenset etc...
        # since our components are supposed to be contours, I'll give them order
        # they'll be ordered TL, TR, BR, BL. nodes are already ordered in this way.
    
        visited = np.zeros(len(nodes), dtype=bool)
    
        while not visited.all():
            i = np.argmin(visited) # find an unvisited node (min: false < true)
            component = {i}
            visited[i] = True
            # add transitively until all neighbors are visited.
            iterate = True # (component was extended, potentially more neighbors to visit)
            while iterate:
                iterate = False
                for u,v in edges:
                    if (u in component) ^ (v in component):
                        component |= {u, v}
                        visited[u] = True
                        visited[v] = True
                        iterate = True
    
            components.add(tuple(sorted(component))) # a set, theoretically, but eh
    
        return components
    
    components = get_connected_components(nodes, edges)
    

    其中每个都是节点索引列表。只需查找节点并收集它们的坐标即可。如果您确定所有框都有四个角,那么您可以按顺序绘制边。如果您不确定,请获取 X 和 Y 方向上的最小和最大坐标,并将其用于矩形。

    for component in components:
        coords = np.array([nodes[k][:2] for k in component])
        x0 = coords[:,0].min()
        x1 = coords[:,0].max()
        y0 = coords[:,1].min()
        y1 = coords[:,1].max()
    
        cv.rectangle(
            img=canvas,
            pt1=(x0 - pad, y0 - pad),
            pt2=(x1 + pad, y1 + pad),
            color=(0, 255, 0),
        )
    

    result

    (看起来是一样的,除了节点到节点的线之外,应该是一样)

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