해당 포스팅은 OpenCV 4로 배우는 컴퓨터 비전과 머신러닝 (황선규 저)를 보고 공부하며 개인적인 용도를 위해 정리한 글이다.
외곽선 (Contour) 검출
- 외곽선은 객체 영역 픽셀 중에서 배경 영역과 인접한 일련의 픽셀을 의미한다.
- 검은색 배경 안에 있는 흰색 객체 영역에서 가장 최외곽에 있는 픽셀을 찾아 이곽선으로 정의한다.
- 흰색 객체 영역 안에 홀 (hole) 이 존재한다면 홀을 둘러싸고 있는 객체 픽셀들도 외곽선으로 검출할 수 있다.
- 객체의 외곽선은 바깥쪽과 안쪽의 외곽선으로 구분할 수 있다.
OpenCV의 외곽선 검출은 객체의 외곽선 픽셀 좌표를 모두 추출하여 계층정보와 함께 반환한다.- 객체 하나의 외곽선은 여러개의 점으로 구성 되어있으므로
std::vector<cv::Point>으로 저장 가능하다. - 하나의 입력 영상에서 객체는 여러개로 구성 될 수 있으므로 최종적으로 외곽선은
std::vector<std::vector<cv::Point>>로 저장한다.
cv::findContours
cv::findContours(image, contours, hierachy, mode, method, offset = cv::Point());cv::findContours(image, contours, mode, method, offset = cv::Point());image: 이진화 처리 된 입력 영상이다. 8비트 1채널이어야하며, 0이 아닌 픽셀을 객체 취급한다.mode가cv::RETR_CCOMP이면CV_32SC1타입을 지정한다.contours: 검출 된 외곽선 정보이다.std::vector<std::vector<cv::Point>>타입을 지정한다.hierachy: 외곽선 계층 정보이다.cv::vector<cv::Vec4i>타입을 지정하며,mode가 특정 상수일 때에만 입력을 받는다.i번째 외곽선에 대해hierachy[i][0]은 다음 외곽선 번호,...[i][1]은 이전 외곽선 번호,...[i][2]은 자식 외곽선 번호,...[i][3]은 부모 이곽선 번호가 저장 된다.- 계층 구조에서 해당 외곽선이 존재하지 않는다면 해당 배열에
-1이 저장 된다.
- 계층 구조에서 해당 외곽선이 존재하지 않는다면 해당 배열에
mode: 외곽선 검출 모드이다.RetrievalModes열거형 상수를 지정한다.cv::RETR_EXTERNAL: 객체 바깥쪽의 외곽선만 검출한다. 계층 구조는 구성하지 않는다.cv::RETR_LIST: 바깥쪽과 안쪽 외곽선을 모두 검색한다. 계층 구조는 구성하지 않는다.cv::RETR_CCOMP: 모든 외곽선을 검출하고 2단계 계층 구조를 구성한다.cv::RETR_TREE: 모든 외곽선을 검출하고 전체 계층 구조를 구성한다.
method: 외곽선 근사화 방이다.ContourApproximationModes열거형 상수를 지정한다.cv::CHAIN_APPROX_NONE: 모든 외곽선 점들의 좌표를 저장한다.cv::CHAIN_APPROX_SIMPLE: 외곽선 중 수평, 수직, 대각선 성분은 끝점만 저장한다.cv::CHAIN_APPROX_TC89_L1:Teh & Chin L1근사화를 적용한다. 저장 되는 외곽선의 수가 많이 줄어들고 외곽선의 모양이 변할 수 있다.cv::CHAIN_APPROX_TC89_KCOS:Teh & Chin K Cos근사화를 적용한다. 저장 되는 외곽선의 수가 많이 줄어들고 외곽선의 모양이 변할 수 있다.
offset: 이동 변위를 지정하는 외곽선 점 좌표의 오프셋이다.
cv::drawContours
cv::drawContours(image, contours, contourIdx, color, thickness, lineType, hierachy, maxLevel, offset);- 생성한 외곽선을 그려주는 함수이다.
- 전체 외곽선을 한 번에 그릴 수도 있고 하나의 외곽선 번호를 선택해 그릴 수도 있다.
- 계층 정보를 지정하는 경우 자식 외곽선도 함께 그릴 수 있다.
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#include "opencv2/opencv.hpp"
void contours_basic(cv::Mat src);
void contours_hier(cv::Mat src);
int main(void)
{
cv::Mat src = cv::imread("path/to/src", cv::IMREAD_GRAYSCALE);
if (src.empty())
{
std::cerr << "source image file is not Opend!" << std::endl;
return 1;
}
contours_basic(src);
contours_hier(src);
cv::waitKey();
cv::destroyAllWindows();
return 0;
}
void contours_basic(cv::Mat src)
{
cv:Mat bin;
cv::threshold(src, bin, 0, 255, cv::THRESH_BINARY);
std::vector<std::vector<cv::Point>> contours;
cv::findContours(bin, contours, cv::RETR_LIST, cv::CHAIN_APPROX_NONE);
cv::Mat dst;
cv::cvtColor(src, dst, cv::COLOR_GRAY2BGR);
for (int i = 0; i < contours.size(); i++)
{
cv::Scalar c(std::rand() & 255, std::rand() & 255, std::rand() & 255);
cv::drawContours(dst, contours, i, c, 2);
}
cv::imshow("basic", dst);
}
void contours_hier(cv::Mat src)
{
cv::Mat bin;
cv::threshold(src, bin, 0, 255, cv::THRESH_BINARY);
std::vector<std::vector<cv::Point>> contours;
std::vector<cv::Vec4i> hier;
cv::findContours(src, contours, hier, cv::RETR_CCOMP, cv::CHAIN_APPROX_SIMPLE);
cv::Mat dst;
cv::cvtColor(src, dst, cv::COLOR_GRAY2BGR);
for (int i = 0; i >= 0; i = hier[i][0])
// hier[i][0] 은 다음 외곽선의 계층 정보를 갖고 있으며, 갖고 있지 않은 경우 -1 이 되면서 반복문이 종료 된다
{
cv::Scalar c(std::rand() & 255, std::rand() & 255, std::rand() & 255);
cv::drawContours(dst, contours, i, c, -1, cv::LINE_8, hier);
}
cv::imshow("hierchy", dst);
}
외곽선 처리 함수
cv::boundingRect
cv::boundingRect(points);- 외곽선들을 감싸는 가장 작은 크기의 사각형 (bounding box) 를 구하는 함수이다.
- 특정 객체의 바운딩 박스는
cv::connectComponentsWithStats()함수를 통해 구할 수 있지만, 이미 외곽선을 알고 있는 경우cv::boundingRect()가 더 효율적이다.
cv::minAreaRect
cv::minAreaRect(points);- 외곽선 혹은 점들을 감싸는 최소 크기의 회전 된 사각형 (rotate bounding box) 을 구하는 함수이다.
- 가장 작은 면적의 사각형 정보를
cv::RotateRect클래스로 반환한다.
cv::minEnclosingCircle
cv::minEnclosingCircle(points, center, radius);- 외곽선 혹은 최소 크기의 원을 구하는 함수이다.
cv::arcLength
cv::arcLength(curve, closed);- 임의의 곡선을 형성하는 점들의 집합을 가지고 있을 때, 해당 곡선의 길이를 구할 때 사용하는 함수이다.
curve:std::vector<cv::Point>혹은std::vector<cv::Point2f>자료형을 전달한다.closed:true인 경우 입력곡선의 시작점과 끝점이 연결 되어있는 폐곡선이라고 간주한다.
cv::contourArea
cv::contourArea(contour, oriented);- 임의의 외곽선 정보를 가지고 있을 때, 외곽선이 감싸는 영역의 면적을 알고 싶을 때 사용한다.
oriented: 진행방향 정보의 사용 여부이다.true일 때, 곡선의 진행 방향 (시계 혹은 반시계 방향) 에 따라 면적의 부호가 달라진다.false일 때, 면적의 절댓값을 반환한다.
cv::approxPolyDP
- 더글라스-포이커 (Douglass - Peucker) 알고리즘을 사용하여 곡선 또는 다각형을 단순화시킨다.
- 입력 외곽선에서 가장 멀리 떨어져있는 두 점을 찾아 직선으로 연결하고 해당 직선에서 가장 멀리 떨어진 외곽선 상의 점을 찾아 근사화 점으로 추가한다.
- 위 작업을 반복하다가 새로 추가할 외곽선 상의 점과 근사화에 의한 직선과의 수직거리가
epsilon보다 작으면 근사화를 멈춘다. cv::approxPolyDP(curve, approxCurve, epsilon, closed);curve: 2차원 점들의 좌표로 이루어진 입력 영상이다.approxCurve: 근사화 된 점들의 좌표로 이루어진 출력 영상이다.epsilon: 근사화 정밀도 파라미터. 입력 곡선과 근사화 된 곡선까지의 최대 거리를 지정한다.- 보통 입력 외곽선 또는 곡선 길이의 일정 비율로 지정한다.
- 일반적으로
cv::arcLength(curve, true) * 0.02로 한다.
closed: 폐곡선 여부.true면 폐곡선으로 간주한다.
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#include "opencv2/opencv.hpp"
void setLabel(cv::Mat &img, const std::vector<cv::Point> &pts, const cv::String &label);
int main(void)
{
cv::Mat img = cv::imread("path/to/img", cv::IMREAD_COLOR);
cv::Mat gray, bin; // 이진화 수행을 위한 행렬
cv::cvtColor(img, gray, cv::COLOR_BGR2GRAY); // 이진화 하기 위한 그레이스케일 변환
cv::threshold(gray, bin, 200, 255, cv::THRESH_BINARY_INV | cv::THRESH_OTSU); // 이진화
std::vector<std::vector<cv::Point>> &contours;
cv::findContours(bin, contours, cv::RETR_EXTERNAL, cv::CHAIN_APPROX_NONE); // 외곽선 검출
for (std::vector<cv::Point> &pts: contours)
{
if (cv::contoursArea(pts) < 400) continue;
std::vector<cv::Point> approx;
cv::approxPolyDP(pts, approx, cv::arcLength(pts, true) * 0.02, true); // 근사화
int vtc = (int)approx.size(); // 근사화 된 외곽선이 점 몇개로 표현 될 수 있는지
if (vtc == 3)
{
setLabel(img, pts, "TRI");
}
else if (vtc == 4)
{
steLabel(img, pts, "RECT");
}
else if (vtc > 4)
{
double len = cv::arcLength(pts, true);
double area = cv::contourArea(pts);
double ratio = 4. * CV_PI * rea / (len * len);
if (ratio > 0.8)
{
setLabel(img, pts, "CIR");
}
}
}
cv::imshow("img", img);
cv::waitKey();
return 0;
}
void setLabel(cv::Mat &img, const std::vector<cv::Point> &pts, const cv::String &label)
{
cv::Rect rc = cv::boundingRect(pts);
cv::rectangle(img, rc, cv::Scalar(0, 0, 255), 1);
cv::putText(img, label, rc.tl(), cv::FONT_HERSHEY_PLAIN, 1, cv::Scalar(0, 0, 255));
}