Contours OpenCv问题

第一个问题：

问题：假如我有如下一张图，我要把边上两个小点去除，又要保留大轮廓内部的空洞，怎么办？

Fig 1.1

函数原型：

C++: void findContours(InputOutputArray image, OutputArrayOfArrays contours, OutputArray hierarchy, int mode, int method, Point offset=Point())
C++: void findContours(InputOutputArray image, OutputArrayOfArrays contours, int mode, int method, Point offset=Point())

这两个重载函数只有一个hierarchy的差别。说明如下：

测试： 用以下代码测试一下 contours 和 hierarchy 是怎么对轮廓进行标号的？选择mode = CV_RETR_CCOMP 双层结构。

#include <opencv2\opencv.hpp>
#include <time.h>
using namespace std;
using namespace cv;
//测试findContours,drawContours函数用法
bool verify(vector<Point> input, int min, int max);
int main()
{
Mat src = imread("test.bmp", 1);
Mat dst = Mat::zeros(src.size(), src.type());
//cout<<src.channels(); //画图软件生成3通道图
Mat gray;
cvtColor(src, gray, CV_BGR2GRAY);
Mat thre;
threshold(gray, thre, 127, 255, CV_THRESH_BINARY );
//thre = gray > 1; //这种写法可以替代上面那一句
imshow("thre", thre);
imwrite("thre.bmp", thre);
vector< vector<Point> > contours;
vector<Vec4i> hierarchy;
findContours(thre, contours, hierarchy, CV_RETR_CCOMP, CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE);
//计算每个轮廓的面积
float temp = 0;
for(int i=0; i<contours.size(); ++i) {
temp = fabs(contourArea(contours[i]));
cout<<"i="<<i<<" area="<<temp<<endl;
}
//我要把单独的小轮廓去掉，而保留大轮廓内部的孔洞
int idx = 0;
for( ; idx >=0; idx = hierarchy[idx][0])
{
if(verify(contours[idx], 200, 90000)) {
Scalar color( rand()&255, rand()&255, rand()&255);
drawContours(dst, contours, idx, color, CV_FILLED, 8, hierarchy);
}
}
imshow("dst",dst);
imwrite("dst.bmp", dst);
while( 1 )
{
int key = waitKey(0); //获取键盘按键
if( (key & 255) == 27 ) //判断ESC是否按下，若按下便退出
{
cout << "程序退出...........\n";
break;
}
}
return 0;
}
bool verify(vector<Point> input, int min, int max) {
float area = fabs(contourArea(input));
if((area>min) & (area<max))
return true;
else
return false;
}

结果图：

Fig 1.2

我计算了每个轮廓的面积，判断面积在指定范围内就把该轮廓画出来。在查找轮廓的时候，我只查找 hierarchy[i][0]，就是不去处理子轮廓。发现已经达到要求了。

分析：

contours 有6个，hierarchy 也有6个，对应测试图中总共6个内外轮廓。

hierarchy[i] 表示第 i 个轮廓，有四个值 hierarchy[i][0], hierarchy[i][1], hierarchy[i][2], hierarchy[i][3], 分别对应next, previous, first child, paraent. 它们的值是轮廓编号，如果没有响应的轮廓则等于-1. 从局部变量里面查看，这些值是这样子的：

0：	2	-1	1	-1
1：	-1	-1	-1	0
2：	4	0	3	-1
3：	-1	-1	-1	2
4：	5	2	-1	-1
5：	-1	4	-1	-1

计算每个轮廓的面积：

因此推测出轮廓序号是这样子的：

Fig 1.3

这里面关键的一点是：填充序号为0和2的轮廓的时候，CV_FILLED, 并没有把内轮廓也填充掉，而是填充了环形区域！

如果我把 mode 改成 CV_RETR_LIST, 单层轮廓。

代码和测试结果图：

findContours(thre, contours, hierarchy, CV_RETR_LIST, CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE);

for(int i=0; i<contours.size(); ++i) {
if(verify(contours[i], 200, 90000)) {
Scalar color( rand()&255, rand()&255, rand()&255);
drawContours(dst, contours, i, color, CV_FILLED, 8, hierarchy);
}
}

Fig 1.4

果真就把内部轮廓也一起填充了。

轮廓重新排列，根据面积和 hierarchy 的值确定轮廓是这样排序的：

先排内部轮廓，再排外部轮廓（可能是随机的）。

Fig 1.5

第二个问题：contours.erase() 函数怎么用

把上面的代码该成：

int idx = 0;
for( ; idx >=0; idx = hierarchy[idx][0])
{
if(verify(contours[idx], 0, 200)) {
contours.erase(contours.begin() + idx);
}
}

这样用会报错，当idx = 5 时，已经不存在 contours[5]; 因为执行 contours.erase() 之后，该 contour 会被清除，后面的 contour 会补位，contours.size()的值变小了。也就是，contours 和 hierarchy 的序号不同步了。

只用contours 序号不会错，但是我又想要实现最开始给出的那个功能，就要用到hierarchy的信息。怎么办呢？

暂时没有找出办法。

如果有迭代器，contours.erase()是可以用的：

vector<vector<Point>> contours;
vector<Vec4i> hierarchy;
findContours(thre, contours, hierarchy, CV_RETR_LIST, CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE);
vector<vector<Point>>::const_iterator it = contours.begin();
while(it != contours.end())
{
float area = contourArea(*it);
float perimeter = fabs(arcLength(*it, true));
cout << area << endl << "\t" <<perimeter<<endl;
if(area<2000)
it = contours.erase(it);
else
it++;
}

it 指向 vector<vector<Point>>结构，即 contours 的结构（多个contour），它最初指向首地址，每次 it++, 它就向后增加一个 contour 的内存大小，指向了下一个contour。
当执行 contours.erase(it)之后，该contour被删除了，it 的位置在原地没有变，后面所有的轮廓都向前补位，同时contours.end() 的位置也就向前补了一位，处理完所有轮廓后就满足了 it = contours.end(), 然后循环退出。

第三个问题：轮廓面积计算结果和像素点总数的关系

findContours() 提取轮廓， contourArea() 计算面积，得到的结果跟我数像素点个数是不一样的。

测试图：

Fig 3.1

测试代码和结果：

findContours(thre, contours, hierarchy, CV_RETR_CCOMP, CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE);
//计算每个轮廓的面积
float temp = 0;
for(int i=0; i<contours.size(); ++i) {
temp = fabs(contourArea(contours[i]));
cout<<"i="<<i<<" Contour_Area="<<temp<<endl;
}
//直接计算面积
float temp1 = countNonZero(thre);
cout<<"NonZero="<<temp1<<endl;

Fig 3.2

只有一个轮廓，通过提取轮廓再求轮廓内部面积得到100，直接数连通域像素点个数得到121。差别还是很大的。多次试验发现，该算法是取连通域边界像素中心点，连接起来，成为一个轮廓。测试图中的正方形边长为11个像素点，Contour_Area = 10*10=100; NonZero = 11*11 = 121. 示意图如下：

Fig 3.3

如果提取轮廓再算面积是 3*3=9；而连通域像素点个数是4*4=16；

因此，countArea() 函数算出来的轮廓面积常常出现 “0“值就可以理解了，比如有的轮廓厚度只有两像素，都是边缘线，那计算出来的厚度就等于0；

第四个问题：findContours() method 参数的影响

method = CV_CHAIN_APPROX_NONE 存储所有的轮廓点，也就是任意两个相邻的轮廓点8领域相连。存储的轮廓点都是紧挨着的，不会跳过。

method = CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE 压缩水平、垂直或斜对角方向的片段，连接两个端点，只存储两个端点像素点。比如矩形，只存储四个点。

测试图片：

Fig 4.1

Fig 4.2

两种method的计算结果竟然相同。只是contours[i] 里面存储的点数不一样。边界点存储的少了难道不会丢失信息吗？drawContours 画出来的边界是否完全一样？

Fig 4.3

放大了看边界也是一样的，计算了两者面积也是一样的。

既然这样，CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE 还可以减少存储，CV_CHAIN_APPROX_NONE 用在哪里呢？

第五个问题：findContours() 提取轮廓 drawContours() 再画出轮廓，面积和原来的会不会变化？

仍用图4.1做测试，结果：

Fig 5.1

上面三行 contourArea() 算出的三个连通域的面积，sun_area 是三个值的和；（和第一个问题结果一样，该面积小于连通域像素点个数）。

src_area 是原图像连通域像素点个数； dst_area 是经过提取轮廓再画出轮廓后计算出的连通域面积，两者是一样的。

说明连着用这两个函数不会改变原来的形状，相当于复制了一遍。

第六个问题：计算外轮廓面积是环形面积吗？会把内轮廓一块算上吗？

测试图：

Fig 6.1

图中的两个大圆是一样的。

findContours(thre, contours, hierarchy, CV_RETR_LIST, CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE);

findContours(thre, contours, hierarchy, CV_RETR_CCOMP, CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE);

虽然排序不同，但是不同参数下的面积是一样的，说明计算外轮廓包围面积的时候是实心的，不会把内轮廓抠掉。

如果我想得到环形的面积，要用外轮廓-内轮廓。

好了，实验到这里。下一步可以去看 contours.cpp 源码。手册上面说了，主要算法叫“ Suzuki85” (铃木算法？)。

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