[OpenCV][Python]判斷物件的形狀

在OpenCV中可以利用 cv2.findContours 判斷物件的形狀，可以通過計算輪廓的某些特徵來實現的。

本文主要利用cv2.arcLength與cv2.approxPolyDP來判斷三角形，正方形，矩形。檢查是否為圓形，則用通過輪廓面積和邊界框面積的比率來判斷。

根據物件的頂點數與比例，可以粗略地判斷形狀。

結果圖

利用 cv2.findContours 判斷物件的形狀，可以通過計算輪廓的某些特徵來實現的。常用的方法包括：

1. 輪廓周長與面積比
2. • 可以計算物件的輪廓周長（cv2.arcLength）和面積（cv2.contourArea），再比較兩者的比率來判斷形狀。不同的形狀具有不同的比率。
2. 形狀近似 (Approximate Contour)
3. • 使用 cv2.approxPolyDP 函數，可以將輪廓近似為多邊形。這樣可以判斷該物件是否是三角形、矩形或圓形：如果頂點數為 3，則是三角形。如果頂點數為 4，且邊長接近，則是矩形。如果頂點數超過 5，則可能是圓形。
3. 圓形檢測
4. • 可以使用輪廓面積與邊界框面積的比值來檢測圓形。如果輪廓面積與邊界框面積非常接近，則物件很可能是圓形。

程式範例

import cv2
import numpy as np

# 讀取圖像並轉換為灰階
image = cv2.imread('圖片路徑')
gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# 使用cv2.findContours來檢測輪廓
ret, thresh = cv2.threshold(gray, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)

contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
print(len(contours))
for contour in contours:
    # 獲取輪廓近似
    epsilon = 0.04 * cv2.arcLength(contour, True)
    approx = cv2.approxPolyDP(contour, epsilon, True)

    # 使用頂點數判斷形狀
    if len(approx) == 3:
        shape = "Triangle"
    elif len(approx) == 4:
        # 檢測是否是矩形
        (x, y, w, h) = cv2.boundingRect(approx)
        aspect_ratio = float(w) / h
        if 0.95 <= aspect_ratio <= 1.05:
            shape = "Square"
        else:
            shape = "Rectangle"
    else:
        # 檢查是否為圓形，通過輪廓面積和邊界框面積的比率判斷
        area = cv2.contourArea(contour)
        circle_area = np.pi * (radius ** 2)
        if 0.8 <= area / circle_area <= 1.2:  # 比較輪廓面積與理論圓面積
            shape = "Circle"
            (x, y), radius = cv2.minEnclosingCircle(contour) #最小外接圓
        else:
            shape = "Unknown"

    # 繪製輪廓和標註形狀
    cv2.drawContours(image, [contour], -1, (0, 255, 0), 2)
    x, y, w, h = cv2.boundingRect(contour)  # 重新計算文字放置的位置
    cv2.putText(image, shape, (x, y - 10), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 255, 0), 2)

cv2.imshow('Shape detection', image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

判斷形狀部分

接下來的程式碼對每個輪廓進行處理和判斷：

1. 遍歷每個輪廓：

   for contour in contours:

2. 獲取輪廓近似：

   epsilon = 0.04 * cv2.arcLength(contour, True)
   approx = cv2.approxPolyDP(contour, epsilon, True)

3. • cv2.arcLength 計算輪廓的周長，並乘以 0.04 來獲得近似精度 epsilon。
   • cv2.approxPolyDP 用於簡化輪廓，將其近似為多邊形，True 表示封閉輪廓。
3. 形狀判斷：

   if len(approx) == 3:
       shape = "Triangle"
   elif len(approx) == 4:
       (x, y, w, h) = cv2.boundingRect(approx)
       aspect_ratio = float(w) / h
       if 0.95 <= aspect_ratio <= 1.05:
           shape = "Square"
       else:
           shape = "Rectangle"
   else:

4. • 三角形：如果近似頂點數為 3，則判斷為三角形。
   • 四邊形：計算輪廓的邊界矩形 (x, y, w, h)。計算長寬比 aspect_ratio。如果長寬比接近 1（在 0.95 到 1.05 之間），則判斷為正方形；否則為矩形。
4. 圓形判斷：

   area = cv2.contourArea(contour)
   (x, y), radius = cv2.minEnclosingCircle(contour)
   circle_area = np.pi * (radius ** 2)
   if 0.8 <= area / circle_area <= 1.2:
       shape = "Circle"

5. • 輪廓面積：使用 cv2.contourArea 計算當前輪廓的面積。
   • 最小外接圓：使用 cv2.minEnclosingCircle 計算能夠包圍該輪廓的最小圓的圓心 (x, y) 和半徑 radius。
   • 圓形判斷：計算圓的理論面積 circle_area，然後比較輪廓面積與理論圓面積的比率。如果比率在 0.8 到 1.2 之間，則判斷為圓形。