17、二值图边缘追踪

二值图边缘追踪

二值图边缘追踪，就是用该函数找出二值图中连通区域的边界。

borders = bwboundaries( bw );

该函数返回一个cell型数据，该类型的数据包括若干个矩阵，每个矩阵保存一个连通区域的边界点的坐标对。对于有坑洞的（如，下图齿轮中的圆形区域），将会分为两个矩阵来存储两个边界。注意，这个函数必须作用于二值图。对于下图使用该函数，得到的返回数据如下：
         

应用

1、用红线将下图齿轮的边框标记出来

思路：将图片转换为二值图，齿轮部分的值置为1，去除其他对象之后用 bwboundaries 找到齿轮的边界，用 plot 函数做标记。
步骤：

1. 先将图片转换为二值图
   从图中可以看到，齿轮的部分为黑色，我们需要先对图片取反，将齿轮部分转换为白色（1）。
   

2. 对图片取反
   matlab中的符号 ~ 是取反号，会把 1 取反为 0，0 取反为 1 。
   
   代码：

   clc,clear,close all;
   f=imread('c.jpg');
   imshow(f);
   g=rgb2gray(f);
   bw=~imbinarize(g);
   figure,imshow(bw);
   

3. 去除小对象，去除齿轮旁边的东西
   
   新增代码：

   bwao=bwareaopen(bw,300);
   figure,imshow(bwao);
   

4. 用函数 bwboundaries 找到以上二值图中的齿轮边界信息。
   
   新增代码：

   bs=bwboundaries(bwao);
   

   从右侧工作区可以看到该返回值为12×1的cell型数据，下面我们打开 bs 变量查看数据，并打开其中的第一个矩阵查看：
         

   可以看到cell型数据里有若干矩阵，每个矩阵保存的是边界的坐标对，我们可以借助于这些信息，在原图中表明这些坐标。

5. 首先用 imshow 显示原图是为了用 hold on 和 plot 函数在图中做标记。下面用 for 循环遍历每一个边缘，然后用 plot 函数在每个边缘做标记。

   size(bs,1)；%计算 bs 第一列的长度

   borders=bs{i};%将 bs 的第一个矩阵赋值给 borders

   x=borders(:,2);%将borders的第二列的值赋值给 x，x 中保存的是该边界的列信息

   y=borders(:,1);%将borders的第一列的值赋值给 y，y 中保存的是该边界的行信息，x和y中的每个同位置坐标组成一个坐标点

   plot(x,y,‘r’,‘lineWidth’,2);%在第x列第y行的地方画红线 （r),线宽（lineWidth）为 2。（plot函数的用法详情请查看matlab帮助文件）

   
   本例代码：

   clc,clear,close all;
   f=imread('c.jpg');
   imshow(f);
   g=rgb2gray(f);
   bw=~imbinarize(g);
   figure,imshow(bw);
   
   bwao=bwareaopen(bw,300);
   figure,imshow(bwao);
   
   bs=bwboundaries(bwao);
   figure,imshow(f);
   
   for i=1:size(bs,1)
       borders=bs{i};
       x=borders(:,2);
       y=borders(:,1);
       hold on;
       plot(x,y,'r','lineWidth',2);
   end
   

6. 对于齿轮的边缘追踪函数，我们可以添加参数，使其只提取外部边界，对于上图来说，将齿轮内部的边界可以忽略。用这样的参数实现：

   bs=bwboundaries(bwao,‘noholes’);

   下图和上面的例子只改变了这个函数的参数。

2、用方框标记下方人脸

思路：先将图片转换为YCbCr图，找到人脸区域，然后本例介绍了一个函数可以在指定区域画方框，进行标记。
步骤：

1. 先将图片转为YCbCr图，提取Cr分量图，将图片转换为二值图
   
   代码：

   clc,clear,close all;
   f=imread('xu.jpg');
   imshow(f);
   y=rgb2ycbcr(f);
   cr=y(:,:,3);
   cr(cr<140|cr>160)=0;
   cr(cr~=0)=255;
   bw=imbinarize(cr);
   figure,imshow(bw);
   

2. 先用腐蚀将耳朵和脸部分开，填补脸上的小坑洞，再去除旁边的小对象。
   
   新增代码：

   bwf=imfill(bw,'holes');
   figure,imshow(bwf);
   bwe=imerode(bwf,strel('disk',5));
   figure,imshow(bwf);
   bwao=bwareaopen(bwe,1100);
   figure,imshow(bwao);
   

3. 先找到二值图中的非 0 元素，赋值给 r 和 c ，对于函数：

   rectangle(‘position’,[min©,min®,w,h],‘EdgeColor’,‘r’);

   表示在位置（position) 为 [最左侧位置坐标 , 最上方位置坐标 , 宽度 , 长度] 的地方，画颜色（EdgeColor)为红色（r）的方形。
   因此我们在上面先计算了脸部的最宽的宽度和最高的高度，方便下面画方形。
   本例代码：

   clc,clear,close all;
   f=imread('xu.jpg');
   imshow(f);
   y=rgb2ycbcr(f);
   cr=y(:,:,3);
   cr(cr<140|cr>160)=0;
   cr(cr~=0)=255;
   bw=imbinarize(cr);
   figure,imshow(bw);
   bwf=imfill(bw,'holes');
   figure,imshow(bwf);
   bwe=imerode(bwf,strel('disk',5));
   figure,imshow(bwf);
   bwao=bwareaopen(bwe,1100);
   figure,imshow(bwao);
   
   [r,c]=find(bwao);
   w=max(c)-min(c);
   h=max(r)-min(r);
   
   figure,imshow(f);
   hold on;
   rectangle('position',[min(c),min(r),w,h],'EdgeColor','r');
   

3、将下方所有人脸区域用方框标记

思路：先转换为YCbCr图，找到所有的人脸连通区域然后分别做标记。
步骤：

1. 先转换为YCbCr图，分割出来Cr分量图，将肤色部分置为 1 ，其余置为 0 。再转换为二值图。
   观察下图，可以看到有些衣服和肤色值范围较相近，因此被选择，我们可以调整肤色分布的范围，将肤色的检测范围缩小到 146-160。
   

2. 调整肤色的检测范围，可以得到下图，可以发现衣服部分被去除了。
   
   代码：

   clc,clear,close all;
   f=imread('girls.jpg');
   imshow(f);
   y=rgb2ycbcr(f);
   cr=y(:,:,3);
   cr(cr<146|cr>160)=0;
   cr(cr~=0)=255;
   bw=imbinarize(cr);
   figure,imshow(bw);
   

3. 然后先填充图中连通区域中的小坑洞。
   
   新增代码：

   bwf=imfill(bw,'holes');
   figure,imshow(bwf);
   

4. 去除小对象。
   
   新增代码：

   bwao=bwareaopen(bwf,1900);
   figure,imshow(bwao);
   

5. 用 imboundaries 找到每个边界的坐标点，然后根据这些坐标点画方框。但是我们怎么根据上图找到人脸区域呢？这里给出一种方法，通过观察可以看到，人的头部的高和宽的比例都在1-2之间。我们便可以利用该信息在这些区域画框。
   首先还是展示原图，然后 hold on 等待标记。根据每个连通区域坐标点的数值，计算出来长和宽，这个长和宽既可以用作画方框时候的参数，也可以用来判断这部分的高和宽的比。
   
   本例代码：

   clc,clear,close all;
   f=imread('girls.jpg');
   imshow(f);
   y=rgb2ycbcr(f);
   cr=y(:,:,3);
   cr(cr<146|cr>160)=0;
   cr(cr~=0)=255;
   bw=imbinarize(cr);
   figure,imshow(bw);
   bwf=imfill(bw,'holes');
   figure,imshow(bwf);
   
   bwao=bwareaopen(bwf,1900);
   figure,imshow(bwao);
   
   bs=bwboundaries(bwao);
   
   imshow(f);
   hold on;
   for i=1:size(bs,1)
       borders=bs{i};
       c=borders(:,2);
       r=borders(:,1);
       w=max(c)-min(c);
       h=max(r)-min(r);
       if(h/w>1&&h/w<2)
           rectangle('position',[min(c),min(r),w,h],'EdgeColor','r');
       end
   end