【OpenCV 4开发详解】点集拟合

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经过几个月的努力，小白终于完成了市面上第一本OpenCV 4入门书籍《OpenCV 4开发详解》。为了更让小伙伴更早的了解最新版的OpenCV 4，小白与出版社沟通，提前在公众号上连载部分内容，请持续关注小白。

有时我们关注的区域是一些面积较小数目较多的连通域或者像素点，并且这些区域相对的集中在一起。此时如果寻找轮廓并对每个轮廓进行外接多边形逼近，结果会有较多的多边形。为了避免这个情况，我们可以将这些连通域或者像素点看成一个大的区域，此时我们可以寻找包围将这些区域的规则图形，例如三角形、圆形等，三角形包围2D点集的示意图如图7-27所示。本节将重点介绍如何寻找包围2D点集的规则图形，包括三角形和圆形。OpenCV 4提供了用于寻找包围2D点集的规则图形的函数，接下来将介绍这些函数的函数原型以及使用方法。

图7-27 点集三角形拟合示意图

OpenCV 4提供了minEnclosingTriangle()函数用于寻找2D点集的最小包围三角形，函数的函数原型在代码清单7-34中给出。

代码清单7-34 minEnclosingTriangle()函数原型
1.  double cv::minEnclosingTriangle(InputArray  points,
2.                                        OutputArray  triangle
3.                                        )

points：待寻找包围三角形的2D点集。
triangle：拟合出的三角形三个顶点坐标。

该函数能够找到包含给定2D点集的最小区域的三角形，函数返回值为double类型的三角形面积。函数只有两个参数，第一个参数是待寻找包围三角形的2D点集，2D点可以存放在vector<>或者Mat类型的变量中，数据类型为CV_32S或CV_32F；第二个参数是包含所有2D点的面积最小的三角形的三个顶点坐标，输出的数据类型为CV_32F，存放在vector类型的变量中。该函数的使用方式在代码清单7-36的示例程序中给出。

OpenCV 4还提供了minEnclosingCircle()函数用于寻找2D点集的最小包围圆形，该函数的函数原型在代码清单7-35中给出。

代码清单7-35 minEnclosingCircle()函数原型
1.  void cv::minEnclosingCircle(InputArray  points,
2.                                    Point2f &  center,
3.                                    float &  radius
4.                                    )

points：待寻找包围圆形的2D点集。
center：圆形的圆心。
radius：圆形的半径。

该函数使用迭代算法寻找2D点集的最小包围圆形。函数的第一个参数是待寻找包围圆形的2D点集，2D点可以存放在vector<>或者Mat类型的变量中。函数第二个参数和第三个参数分别是2D点集最小包围圆的圆心和半径，圆心的数据类型为Point2f,半径的数据类型为float。该函数的使用方式在代码清单7-36的示例程序中给出。

在代码清单7-36的程序中随机生成100以内的点，并随机分布在图像中的指定区域内，之后通过minEnclosingTriangle()函数和minEnclosingCircle()函数寻找包围这些点的三角形和圆形。为了能够反复的查看结果，程序设置了while循环，直到按下“q”、“Q”或者“ESC”按键时程序跳出循环。程序的运行结果如图7-28所示，由于程序中像素点是随机生成的，因此每次运行结果会有不同。

代码清单7-36 myTriangleAndCircle.cpp点集外包轮廓
1.  #include <opencv2\opencv.hpp>
2.  #include <iostream>
3.  #include <vector>
4.
5.  using namespace cv;
6.  using namespace std;
7.
8.  int main()
9.  {10.     Mat img(500, 500, CV_8UC3, Scalar::all(0));
11.     RNG& rng = theRNG();  //生成随机点
12.
13.     while (true)
14.     {15.         int i, count = rng.uniform(1, 101);
16.         vector<Point> points;
17.         //生成随机点
18.         for (i = 0; i < count; i++)
19.         {20.             Point pt;
21.             pt.x = rng.uniform(img.cols / 4, img.cols * 3 / 4);
22.             pt.y = rng.uniform(img.rows / 4, img.rows * 3 / 4);
23.             points.push_back(pt);
24.         }
25.
26.         //寻找包围点集的三角形
27.         vector<Point2f> triangle;
28.         double area = minEnclosingTriangle(points, triangle);
29.
30.         //寻找包围点集的圆形
31.         Point2f center;
32.         float radius = 0;
33.         minEnclosingCircle(points, center, radius);
34.
35.         //创建两个图片用于输出结果
36.         img = Scalar::all(0);
37.         Mat img2;
38.         img.copyTo(img2);
39.
40.         //在图像中绘制坐标点
41.         for (i = 0; i < count; i++)
42.         {43.             circle(img, points[i], 3, Scalar(255, 255, 255), FILLED, LINE_AA);
44.             circle(img2, points[i], 3, Scalar(255, 255, 255), FILLED, LINE_AA);
45.         }
46.
47.         //绘制三角形
48.         for (i = 0; i < 3; i++)
49.         {50.             if (i==2)
51.             {52.                 line(img, triangle[i], triangle[0], Scalar(255, 255, 255), 1, 16);
53.                 break;
54.             }
55.             line(img, triangle[i], triangle[i + 1], Scalar(255, 255, 255), 1, 16);
56.         }
57.
58.         //绘制圆形
59.         circle(img2, center, cvRound(radius), Scalar(255, 255, 255), 1, LINE_AA);
60.
61.         //输出结果
62.         imshow("triangle", img);
63.         imshow("circle", img2);
64.
65.         //按q键或者ESC键退出程序
66.         char key = (char)waitKey();
67.         if (key == 27 || key == 'q' || key == 'Q')
68.         {69.             break;
70.         }
71.     }
72.     return 0;
73. }

图7-28 myTriangleAndCircle.cpp程序运行结果

OpenCV 4开发详解

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