轮廓的查找、表达、绘制、特性及匹配(How to Use Contour? Find, Component, Construct, Features & Match)

http://www.cnblogs.com/xrwang/archive/2010/02/09/HowToUseContour.html

作者：王先荣

前言
轮廓是构成任何一个形状的边界或外形线。前面讲了如何根据色彩及色彩的分布（直方图对比和模板匹配）来进行匹配，现在我们来看看如何利用物体的轮廓。包括以下内容：轮廓的查找、表达方式、组织方式、绘制、特性、匹配。

查找轮廓
首先我们面对的问题是如何在图像中找到轮廓，OpenCv(EmguCv)为我们做了很多工作，我们的任务只是调用现成的函数而已。Image<TColor,TDepth>类的FindContours方法可以很方便的查找轮廓，不过在查找之前，我们需要将彩色图像转换成灰度图像，然后再将灰度图像转换成二值图像。代码如下所示：

查找用Freeman链码表示的轮廓

（2）遍历Freeman链码上的点

读取Freeman链码上的点

需要注意的是：cvReadChainPoint函数似乎永远不会满足循环终止的条件，即ptrReader永远不会被置为null，这跟《学习OpenCv》和参考上不一致；我们需要用chain.total来辅助终止循环，读取了所有的点之后就可以罢手了。

轮廓之间的组织方式
在查找到轮廓之后，不同轮廓是怎么组织的呢？根据不同的选择，它们可能是：（1）列表；（2）双层结构；（3）树型结构。
从纵向上来看，列表只有一层，双层结构有一或者两层，树型结构可能有一层或者多层。
如果要遍历所有的轮廓，可以使用递归的方式，代码如下：

遍历轮廓

轮廓的绘制
轮廓的绘制比较简单，用上面提到的方法取得轮廓的所有点，然后把这些点连接成一个多边形即可。
当然，对于用顶点序列表示的轮廓，用Image<TColor,TDepth>.Draw方法或者cvDrawContours函数可以很方便的绘制出轮廓。我发现，如果将参数max_level设置成2，可以绘制出所有的轮廓。
绘制轮廓的代码如下：

绘制轮廓
轮廓的关键点

3.轮廓的周长和面积
轮廓的周长可以用Contour<Point>.Perimeter属性或者cvArcLength函数来获取。
轮廓的面积可以用Contour<Point>.Area属性或者cvContourArea函数来获取。

4.轮廓的边界框
有三种常见的边界框：矩形、圆形、椭圆。
（1）矩形：在图像处理系统中提供了一种叫Rectangle的矩形，不过它只能表达边垂直或水平的特例；OpenCv中还有一种叫Box的矩形，它跟数学上的矩形一致，只要4个角是直角即可。
如果要获取轮廓的Rectangle，可以使用Contour<Point>.BoundingRectangle属性或者cvBoundingRect函数。
如果要获取轮廓的Box，可以使用Contour<Point>.GetMinAreaRect方法或者cvMinAreaRect2函数。
（2）圆形
如果要获取轮廓的圆形边界框，可以使用cvMinEnclosingCircle函数。
（3）椭圆
如果要获取轮廓的椭圆边界框，可以使用cvFitEllipse2函数。
下列代码演示了如何获取轮廓的各种边界框：

轮廓的边界框

5.轮廓的矩
我们可以使用Contour<Point>.GetMoments方法或者cvMoments函数方便的得到轮廓的矩集，然后再相应的方法或函数获取各种矩。
特定的矩：MCvMoments.GetSpatialMoment方法、cvGetSpatialMoment函数
中心矩：MCvMoments.GetCentralMoment方法、cvGetCentralMoment函数
归一化中心矩：MCvMoments.GetNormalizedCentralMoment方法、cvGetNormalizedCentralMoment函数
Hu矩：MCvMoments.GetHuMoment方法、McvHuMoments.hu1～hu7字段、cvGetHuMoments函数
以下代码演示了如何获取轮廓的矩：

轮廓的矩

6.轮廓的轮廓树
轮廓树用来描述某个特定轮廓的内部特征。注意：轮廓树跟轮廓是一一对应的关系；轮廓树不用于描述多个轮廓之间的层次关系。
可以用函数cvCreateContourTree来构造轮廓树。

IntPtr ptrTree1 = CvInvoke.cvCreateContourTree(contour1.Ptr, new MemStorage().Ptr, thresholdOfCreate);

7.轮廓的凸包和凸缺陷
轮廓的凸包和凸缺陷用于描述物体的外形。凸包和凸缺陷很容易获得，不过我目前不知道它们到底怎么使用。
如果要判断轮廓是否是凸的，可以用Contour<Point>.Convex属性和cvCheckContourConvexity函数。
如果要获取轮廓的凸包，可以用Contour<Point>.GetConvexHull方法或者cvConvexHull2函数，返回的是包含顶点的序列。
如果要获取轮廓的凸缺陷，可以用Contour<Point>.GetConvexityDefacts方法或者cvConvexityDefects函数。
注意：EmguCv将缺陷的单词拼写错了，defect才是缺陷。
以下代码演示了如何获取轮廓的凸包及凸缺陷：

轮廓的凸包和凸缺陷

8.轮廓的成对几何直方图
成对几何直方图的资料比较少，我是这么理解的。
（1）轮廓保存的是一系列的顶点，轮廓是由一系列线段组成的多边形。对于看起来光滑的轮廓（例如圆），只是线段条数比较多，线段长度比较短而已。实际上，电脑中显示的任何曲线都由线段组成。
（2）每两条线段之间都有一定的关系，包括它们（或者它们的延长线）之间的夹角，两条线段的夹角范围是：(0,180)。
（3）每两条线段上的点之间还有距离关系，包括最短（小）距离、最远（大）距离，以及平均距离。最大距离我用了一个偷懒的计算方法，我把轮廓外界矩形的对角线长度看作了最大距离。
（4）成对几何直方图所用的统计数据包括了夹角和距离。
可以用函数cvCalcPGH来计算轮廓的成对几何直方图，示例代码如下：

轮廓的成对几何直方图
轮廓的匹配



通过以上代码，可以计算出两个轮廓对比的值，但是这些值具体代表什么意义呢？实际上，我目前还不清楚，需要进行大量的试验才行。

感谢您耐心看完本文，希望对您有所帮助。