【C#】用EmguCV 绘制各种轮廓线

一般在做影像处理时，为提升效率，常会将影像转为二值影像后再进行处理。
在EmguCV内有许多找轮廓线的方法，但是随着版本更新，不同版本的函数
不见得会一样，每次都要重新查询实在很麻烦，那不如把他们记下来。

版本概要：
EmguCV版本：3.2.0.2682
编译器版本： Visual Studio 2017 Community
方案平台： x64 (许多导致程式无法执行的原因是因为没有改执行平台！)

正文开始。
首先我们用小画家画了一张图来作为范本—一朵云。
因为形状奇特，非常适合用来说明。

1. BoundingBox: 可以框住全部范围的矩形。

这是没有经过旋转地矩形，有经过旋转的矩形在后面讨论。

using System;
using System.Windows.Forms;
using System.Drawing;

using Emgu.CV;
using Emgu.CV.Structure;
using Emgu.CV.CvEnum;
using Emgu.CV.Util;


namespace Test
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void Form1_Load(object sender, EventArgs e)
        {

            Image<Gray, byte> I = new Image<Gray, byte>(@"D:\Test\1.jpg");
            Image<Bgr, byte> DrawI = I.Convert<Bgr, byte>();

            Image<Gray, byte> CannyImage = I.Clone();
            CvInvoke.Canny(I, CannyImage, 255, 255, 5, true);

            MyCV.BoundingBox(CannyImage, DrawI);
            pictureBox1.Image = DrawI.Bitmap;
        }
    }

    public class MyCV
    {
        public static void BoundingBox(Image<Gray, byte> src, Image<Bgr, byte> draw)
        {
            using (VectorOfVectorOfPoint contours = new VectorOfVectorOfPoint())
            {
                CvInvoke.FindContours(src, contours, null, RetrType.External,
                                      ChainApproxMethod.ChainApproxSimple);

                int count = contours.Size;
                for (int i = 0; i < count; i++)
                {
                    using (VectorOfPoint contour = contours[i])
                    {
                        Rectangle BoundingBox = CvInvoke.BoundingRectangle(contour);
                        CvInvoke.Rectangle(draw, BoundingBox, new MCvScalar(255, 0, 255, 255), 3);
                    }
                }
            }
        }
    }
}

注：后面的程式码仅写出操作的函数，省略主视窗及名称空间，请自行代换主视窗的程式码。

在这边常有看到一些范例程式会建议使用ApproxPolyDP这个方法，取得近似的形状，
经过测试，若是在一些精度需求不高的情况下可以这么做，但就这个云形的例子而言不建议这样做。
下面是采用ApproxPolyDP函数的程式码与结果。

public static void ApproxBoundingBox(Image<Gray, byte> src, Image<Bgr, byte> draw)
{
    using (VectorOfVectorOfPoint contours = new VectorOfVectorOfPoint())
    {
        CvInvoke.FindContours(src, contours, null, RetrType.External,
                              ChainApproxMethod.ChainApproxSimple);

        int count = contours.Size;
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            using (VectorOfPoint contour = contours[i])
            using (VectorOfPoint approxContour = new VectorOfPoint())
            {
                CvInvoke.ApproxPolyDP(contour, approxContour, CvInvoke.ArcLength(contour, true) * 0.05, true);
                Rectangle BoundingBox = CvInvoke.BoundingRectangle(approxContour);
                CvInvoke.Rectangle(draw, BoundingBox, new MCvScalar(255, 0, 255, 255), 3);
            }
        }
    }
}

可以看到有许多卷卷的地方，都被近似掉了，以至于框选出来的范围会失真。
但，若目标是长方形或三角形这种比较规则的形状，使用近似的方法可以提升执行的效率。

其实若是直接把轮廓线画出来就可以看得更清楚，近似后许多细节会消失。
以下是程式码与执行结果。

public static void DrawContour(Image<Gray, byte> src, Image<Bgr, byte> draw)
{
    using (VectorOfVectorOfPoint contours = new VectorOfVectorOfPoint())
    {
        CvInvoke.FindContours(src, contours, null, RetrType.External,
                                ChainApproxMethod.ChainApproxSimple);

        int count = contours.Size;
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            using (VectorOfPoint contour = contours[i])
            using (VectorOfPoint approxContour = new VectorOfPoint())
            {
                // 原始輪廓線
                CvInvoke.DrawContours(draw, contours, i, new MCvScalar(255, 0, 255, 255), 3);

                // 近似後輪廓線
                CvInvoke.ApproxPolyDP(contour, approxContour, 
                                      CvInvoke.ArcLength(contour, true) * 0.02, true);
                Point[] pts = approxContour.ToArray();
                for(int j=0; j<pts.Length; j++)
                {
                    Point p1 = new Point(pts[j].X, pts[j].Y);
                    Point p2;

                    if (j == pts.Length - 1)
                        p2 = new Point(pts[0].X, pts[0].Y);
                    else
                        p2 = new Point(pts[j+1].X, pts[j+1].Y);

                    CvInvoke.Line(draw, p1, p2, new MCvScalar(255, 0, 0, 0), 3);
                }
            }
        }
    }
}

2. ConvexHull: 可以框住区块的最小多边形。

public static void ConvexHull(Image<Gray, byte> src, Image<Bgr, byte> draw)
{
    using (VectorOfVectorOfPoint contours = new VectorOfVectorOfPoint())
    {
        CvInvoke.FindContours(src, contours, null, RetrType.External,
                                ChainApproxMethod.ChainApproxSimple);

        int count = contours.Size;
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            using (VectorOfPoint contour = contours[i])
            {
                PointF[] temp = Array.ConvertAll(contour.ToArray(),
                                                new Converter<Point, PointF>(Point2PointF));
                PointF[] pts = CvInvoke.ConvexHull(temp, true);

                for (int j = 0; j < pts.Length; j++)
                {
                    Point p1 = new Point((int)pts[j].X, (int)pts[j].Y);
                    Point p2;

                    if (j == pts.Length - 1)
                        p2 = new Point((int)pts[0].X, (int)pts[0].Y);
                    else
                        p2 = new Point((int)pts[j + 1].X, (int)pts[j + 1].Y);

                    CvInvoke.Line(draw, p1, p2, new MCvScalar(255, 0, 255, 255), 3);
                }
            }
        }
    }
}

private static PointF Point2PointF(Point P)
{
    PointF PF = new PointF
    {
        X = P.X,
        Y = P.Y
    };
    return PF;
}

3. MinAreaBoundingBox: 可框住区域的最小矩形。

这是可旋转的矩形，意即找到面积最小，又可以框住该区域的矩形。

public static void MinAreaBoundingBox(Image<Gray, byte> src, Image<Bgr, byte> draw)
{
    using (VectorOfVectorOfPoint contours = new VectorOfVectorOfPoint())
    {
        CvInvoke.FindContours(src, contours, null, RetrType.External,
                                ChainApproxMethod.ChainApproxSimple);

        int count = contours.Size;
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            using (VectorOfPoint contour = contours[i])
            {
                RotatedRect BoundingBox = CvInvoke.MinAreaRect(contour);
                CvInvoke.Polylines(draw, Array.ConvertAll(BoundingBox.GetVertices(), Point.Round), 
                                   true, new Bgr(Color.DeepPink).MCvScalar, 3);
            }
        }
    }
}

4. MinAreaCircle：可框住区域的最小圆形。

public static void MinAreaCircle(Image<Gray, byte> src, Image<Bgr, byte> draw)
{
    using (VectorOfVectorOfPoint contours = new VectorOfVectorOfPoint())
    {
        CvInvoke.FindContours(src, contours, null, RetrType.External,
                                ChainApproxMethod.ChainApproxSimple);

        int count = contours.Size;
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            using (VectorOfPoint contour = contours[i])
            {
                CircleF circle = CvInvoke.MinEnclosingCircle(contour);       
                CvInvoke.Circle(draw, new Point((int)circle.Center.X, (int) circle.Center.Y),
                                (int)circle.Radius, new MCvScalar(255, 0, 255, 255), 3);
            }
        }
    }
}

在EmguCV内一种轮廓线就一种画法。
真的是要足够熟练才能够驾驭这些函数唉！

像是可怜的小夏已经陷在这些函数内好几天了，真是头昏眼花，临表泣涕，不知所云。

翻译自：dotblogs.com.tw 夏恩的程式笔记