【opencv+C++】在图像中找四边形

【opencv+C++】在图像中找四边形

转载  2014年11月15日 14:02:40

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1. /* 
2. 这个程序的基本思想是：对输入的图像进行滤波去掉噪音，然后进行canny边缘检测，之后进行膨胀，然后寻找轮廓，对轮廓进行多边形的逼近，检测多边形的点数是否是4而且各个角的的余弦是否是小于某个值，程序中认为是0.3，然后就判断该多边形是四边形，之后根据这四个点画出该图像。 
3.  
4. ps：我对程序中余弦定理的使用 感觉公式用错了 
5. */  
6.   
7. #include "stdafx.h"     
8.     
9. #include "cv.h"     
10. #include "highgui.h"     
11. #include <stdio.h>     
12. #include <math.h>     
13. #include <string.h>     
14.     
15.     
16. int thresh = 50;     
17. IplImage* img = 0;     
18. IplImage* img0 = 0;     
19. CvMemStorage* storage = 0;     
20. CvPoint pt[4];     
21. const char* wndname = "Square Detection Demo";     
22.     
23. // helper function:     
24. // finds a cosine of angle between vectors     
25. // from pt0->pt1 and from pt0->pt2      
26. double angle( CvPoint* pt1, CvPoint* pt2, CvPoint* pt0 )     
27. {     
28.        double dx1 = pt1->x - pt0->x;     
29.        double dy1 = pt1->y - pt0->y;     
30.        double dx2 = pt2->x - pt0->x;     
31.        double dy2 = pt2->y - pt0->y;     
32.        //1e-10就是“aeb”的形式，表示a乘以10的b次方。     
33.        //其中b必须是整数，a可以是小数。     
34.        //?余弦定理CosB=(a^2+c^2-b^2)/2ac？？所以这里的计算似乎有问题     
35.        return (dx1*dx2 + dy1*dy2)/sqrt((dx1*dx1 + dy1*dy1)*(dx2*dx2 + dy2*dy2) + 1e-10);     
36. }     
37.     
38. // returns sequence of squares detected on the image.     
39. // the sequence is stored in the specified memory storage     
40.     
41. CvSeq* findSquares4( IplImage* img, CvMemStorage* storage )     
42. {     
43.        CvSeq* contours;     
44.        int i, c, l, N = 11;     
45.        CvSize sz = cvSize( img->width & -2, img->height & -2 );     
46.        IplImage* timg = cvCloneImage( img ); // make a copy of input image     
47.        IplImage* gray = cvCreateImage( sz, 8, 1 );      
48.        IplImage* pyr = cvCreateImage( cvSize(sz.width/2, sz.height/2), 8, 3 );     
49.        IplImage* tgray;     
50.        CvSeq* result;     
51.        double s, t;     
52.        // create empty sequence that will contain points -     
53.        // 4 points per square (the square's vertices)     
54.        CvSeq* squares = cvCreateSeq( 0, sizeof(CvSeq), sizeof(CvPoint), storage );     
55.          
56.        // select the maximum ROI in the image     
57.        // with the width and height divisible by 2     
58.        cvSetImageROI( timg, cvRect( 0, 0, sz.width, sz.height ));     
59.          
60.        // down-scale and upscale the image to filter out the noise     
61.        //使用gaussian金字塔分解对输入图像向下采样，首先对它输入的图像用指定滤波器     
62.        //进行卷积，然后通过拒绝偶数的行与列来下采样     
63.        cvPyrDown( timg, pyr, 7 );     
64.        //函数 cvPyrUp 使用Gaussian 金字塔分解对输入图像向上采样。首先通过在图像中插入 0 偶数行和偶数列，然后对得到的图像用指定的滤波器进行高斯卷积，其中滤波器乘以4做插值。所以输出图像是输入图像的 4 倍大小。     
65.        cvPyrUp( pyr, timg, 7 );     
66.        tgray = cvCreateImage( sz, 8, 1 );     
67.          
68.        // find squares in every color plane of the image     
69.        for( c = 0; c < 3; c++ )     
70.        {     
71.            // extract the c-th color plane     
72.            //函数 cvSetImageCOI 基于给定的值设置感兴趣的通道。值 0 意味着所有的通道都被选定, 1 意味着第一个通道被选定等等。     
73.            cvSetImageCOI( timg, c+1 );     
74.            cvCopy( timg, tgray, 0 );     
75.              
76.            // try several threshold levels     
77.            for( l = 0; l < N; l++ )     
78.            {     
79.                // hack: use Canny instead of zero threshold level.     
80.                // Canny helps to catch squares with gradient shading        
81.                if( l == 0 )     
82.                {     
83.                    // apply Canny. Take the upper threshold from slider     
84.                    // and set the lower to 0 (which forces edges merging)      
85.                    cvCanny( tgray, gray,60, 180, 3 );     
86.                    // dilate canny output to remove potential     
87.                    // holes between edge segments      
88.                    //使用任意结构元素膨胀图像     
89.                    cvDilate( gray, gray, 0, 1 );     
90.                }     
91.                else     
92.                {     
93.                    // apply threshold if l!=0:     
94.                    //        tgray(x,y) = gray(x,y) < (l+1)*255/N ? 255 : 0     
95.                    //cvThreshold( tgray, gray, (l+1)*255/N, 255, CV_THRESH_BINARY );     
96.        cvThreshold( tgray, gray, 50, 255, CV_THRESH_BINARY );     
97.                }     
98.                  
99.                // find contours and store them all as a list     
100.                cvFindContours( gray, storage, &contours, sizeof(CvContour),     
101.                    CV_RETR_LIST, CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE, cvPoint(0,0) );     
102.                  
103.                // test each contour     
104.                while( contours )     
105.                {     
106.                    // approximate contour with accuracy proportional     
107.                    // to the contour perimeter     
108.                    //用指定精度逼近多边形曲线     
109.                    result = cvApproxPoly( contours, sizeof(CvContour), storage,     
110.                        CV_POLY_APPROX_DP, cvContourPerimeter(contours)*0.02, 0 );     
111.                    // square contours should have 4 vertices after approximation     
112.                    // relatively large area (to filter out noisy contours)     
113.                    // and be convex.     
114.                    // Note: absolute value of an area is used because     
115.                    // area may be positive or negative - in accordance with the     
116.                    // contour orientation     
117.                    //cvContourArea 计算整个轮廓或部分轮廓的面积     
118.                    //cvCheckContourConvexity测试轮廓的凸性                       
119.                    if( result->total == 4 &&     
120.                        fabs(cvContourArea(result,CV_WHOLE_SEQ)) > 1000 &&     
121.                        cvCheckContourConvexity(result) )     
122.                    {     
123.                        s = 0;     
124.                          
125.                        for( i = 0; i < 5; i++ )     
126.                        {     
127.                            // find minimum angle between joint     
128.                            // edges (maximum of cosine)     
129.                            if( i >= 2 )     
130.                            {     
131.                                t = fabs(angle(     
132.                                (CvPoint*)cvGetSeqElem( result, i ),     
133.                                (CvPoint*)cvGetSeqElem( result, i-2 ),     
134.                                (CvPoint*)cvGetSeqElem( result, i-1 )));     
135.                                s = s > t ? s : t;     
136.                            }     
137.                        }     
138.                          
139.                        // if cosines of all angles are small     
140.                        // (all angles are ~90 degree) then write quandrange     
141.                        // vertices to resultant sequence      
142.                        if( s < 0.3 )     
143.                            for( i = 0; i < 4; i++ )     
144.                                cvSeqPush( squares,     
145.                                    (CvPoint*)cvGetSeqElem( result, i ));     
146.                    }     
147.                      
148.                    // take the next contour     
149.                    contours = contours->h_next;     
150.                }     
151.            }     
152.        }     
153.          
154.        // release all the temporary images     
155.        cvReleaseImage( &gray );     
156.        cvReleaseImage( &pyr );     
157.        cvReleaseImage( &tgray );     
158.        cvReleaseImage( &timg );     
159.          
160.        return squares;     
161. }     
162.     
163.     
164. // the function draws all the squares in the image     
165. void drawSquares( IplImage* img, CvSeq* squares )     
166. {     
167.        CvSeqReader reader;     
168.        IplImage* cpy = cvCloneImage( img );     
169.        int i;     
170.          
171.        // initialize reader of the sequence     
172.        cvStartReadSeq( squares, &reader, 0 );     
173.          
174.        // read 4 sequence elements at a time (all vertices of a square)     
175.        for( i = 0; i < squares->total; i += 4 )     
176.        {     
177.            CvPoint* rect = pt;     
178.            int count = 4;     
179.              
180.            // read 4 vertices     
181.            memcpy( pt, reader.ptr, squares->elem_size );     
182.            CV_NEXT_SEQ_ELEM( squares->elem_size, reader );     
183.            memcpy( pt + 1, reader.ptr, squares->elem_size );     
184.            CV_NEXT_SEQ_ELEM( squares->elem_size, reader );     
185.            memcpy( pt + 2, reader.ptr, squares->elem_size );     
186.            CV_NEXT_SEQ_ELEM( squares->elem_size, reader );     
187.            memcpy( pt + 3, reader.ptr, squares->elem_size );     
188.            CV_NEXT_SEQ_ELEM( squares->elem_size, reader );     
189.              
190.            // draw the square as a closed polyline      
191.            cvPolyLine( cpy, &rect, &count, 1, 1, CV_RGB(0,255,0), 3, CV_AA, 0 );     
192.        }     
193.          
194.        // show the resultant image     
195.        cvShowImage( wndname, cpy );     
196.        cvReleaseImage( &cpy );     
197. }     
198.     
199.     
200. void on_trackbar( int a )     
201. {     
202.        if( img )     
203.            drawSquares( img, findSquares4( img, storage ) );     
204. }     
205.     
206. char* names[] = { "E:\\1.jpg", "E:\\2.jpg", "E:\\3.jpg",     
207.                      "E:\\4.jpg", "E:\\5.jpg", 0 };     
208.     
209. int main(int argc, char** argv)     
210. {     
211.        int i, c;     
212.        // create memory storage that will contain all the dynamic data     
213.        storage = cvCreateMemStorage(0);     
214.     
215.        for( i = 0; names[i] != 0; i++ )     
216.        {     
217.            // load i-th image     
218.            img0 = cvLoadImage( names[i], 1 );     
219.            if( !img0 )     
220.            {     
221.                printf("Couldn't load %s\n", names[i] );     
222.                continue;     
223.            }     
224.            img = cvCloneImage( img0 );     
225.              
226.            // create window and a trackbar (slider) with parent "image" and set callback     
227.            // (the slider regulates upper threshold, passed to Canny edge detector)      
228.            cvNamedWindow( wndname,0 );     
229.            cvCreateTrackbar( "canny thresh", wndname, &thresh, 1000, on_trackbar );     
230.              
231.            // force the image processing     
232.            on_trackbar(0);     
233.            // wait for key.     
234.            // Also the function cvWaitKey takes care of event processing     
235.            c = cvWaitKey(0);     
236.            // release both images     
237.            cvReleaseImage( &img );     
238.            cvReleaseImage( &img0 );     
239.            // clear memory storage - reset free space position     
240.            cvClearMemStorage( storage );     
241.            if( c == 27 )     
242.                break;     
243.        }     
244.          
245.        cvDestroyWindow( wndname );     
246.          
247.        return 0;     
248. }