Java基于opencv—透视变换矫正图像
Posted 奇迹迪
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Java基于opencv—透视变换矫正图像相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
很多时候我们拍摄的照片都会产生一点畸变的，就像下面的这张图
虽然不是很明显，但还是有一点畸变的，而我们要做的就是把它变成下面的这张图
效果看起来并不是很好，主要是四个顶点找的不准确，会有一些偏差，而且矫正后产生的目标图是倒着的，哪位好心人给说说为啥
因为我也没有测试畸变很大的图像，也不能保证方法适用于每个图像，这里仅提供我的思路供大家参考。
思路：
我们最重要的就是找到图像的四个顶点，有利用hough直线，求直线交点确定四个顶点，有采用寻找轮廓确定四个顶点等等；今天我提供的思路，也是采用寻找轮廓的方法，用approxPolyDP函数，对图像轮廓点进行多边形拟合，可以得到大概的一个这样的图
可以看到图像的四个顶点处，都有小白点。接下来我们要做的就是把这些点归类，即划分出四个区域[左上，右上，右下，左下]；我采用的是利用opencv的寻找轮廓，得到最大轮廓，然后生成最小外接矩形，确定四个顶点的大致位置；然后设置一个阀值，与上图中的点集合求距离，大于阀值的舍弃，小于的保留，可以得到如下的图像
这样所有的点集都落到了四个区域，利用矩形中，对角线距离最大，确定四个顶点的位置，发现效果并不是很好，如下图
到此四个顶点的位置大概的确定了，就只需要根据输入和输出点获得图像透视变换的矩阵，然后透视变换；
我们把思路再理一下：
1、寻找图像的四个顶点的坐标(重要)
思路： 1、canny描边 2、寻找最大轮廓 3、对最大轮廓点集合逼近，得到轮廓的大致点集合 4、把点击划分到四个区域中，即左上，右上，左下，右下 5、根据矩形中，对角线最长，找到矩形的四个顶点坐标
2、根据输入和输出点获得图像透视变换的矩阵
3、透视变换
我们来跟着思路实现一下代码
1、canny描边
/**
* canny算法，边缘检测
*
* @param src
* @return
*/
public static Mat canny(Mat src) {
Mat mat = src.clone();
Imgproc.Canny(src, mat, 60, 200);
HandleImgUtils.saveImg(mat, "C:/Users/admin/Desktop/opencv/open/x/canny.jpg");
return mat;
}
2、寻找最大轮廓;3、对最大轮廓点集合逼近，得到轮廓的大致点集合(代码中有很多冗余，后期会进行优化)
/**
* 利用函数approxPolyDP来对指定的点集进行逼近 精确度设置好，效果还是比较好的
*
* @param cannyMat
*/
public static Point[] useApproxPolyDPFindPoints(Mat cannyMat) {
List<MatOfPoint> contours = new ArrayList<MatOfPoint>();
Mat hierarchy = new Mat();
// 寻找轮廓
Imgproc.findContours(cannyMat, contours, hierarchy, Imgproc.RETR_EXTERNAL, Imgproc.CHAIN_APPROX_NONE,
new Point(0, 0));
// 找出匹配到的最大轮廓
double area = Imgproc.boundingRect(contours.get(0)).area();
int index = 0;
// 找出匹配到的最大轮廓
for (int i = 0; i < contours.size(); i++) {
double tempArea = Imgproc.boundingRect(contours.get(i)).area();
if (tempArea > area) {
area = tempArea;
index = i;
}
}
MatOfPoint2f approxCurve = new MatOfPoint2f();
MatOfPoint2f matOfPoint2f = new MatOfPoint2f(contours.get(index).toArray());
// 原始曲线与近似曲线之间的最大距离设置为0.01，true表示是闭合的曲线
Imgproc.approxPolyDP(matOfPoint2f, approxCurve, 0.01, true);
Point[] points = approxCurve.toArray();
return points;
}
获取四个顶点的参照点
/**
* 获取四个顶点的参照点，返回Point数组[左上，右上，右下，左下] 思路： 我们可以把四个点分成两部分，左部分，右部分
* 左部分：高的为左上，低的为左下(高低是以人的视觉) 右部分同理 首先我们找到最左和最右的位置，以它们的两个中间为分界点，
* 靠左的划分到左部分，靠右的划分到右部分 如果一个区域有三个或更多，哪个比较靠近分界线，划分到少的那个区域
*
* @param cannyMat
* @return
*/
public static Point[] findReferencePoint(Mat cannyMat) {
RotatedRect rect = findMaxRect(cannyMat);
Point[] referencePoints = new Point[4];
rect.points(referencePoints);
double minX = Double.MAX_VALUE;
double maxX = Double.MIN_VALUE;
for (int i = 0; i < referencePoints.length; i++) {
referencePoints[i].x = Math.abs(referencePoints[i].x);
referencePoints[i].y = Math.abs(referencePoints[i].y);
minX = referencePoints[i].x < minX ? referencePoints[i].x : minX;
maxX = referencePoints[i].x > maxX ? referencePoints[i].x : maxX;
}
double center = (minX + maxX) / 2;
List<Point> leftPart = new ArrayList<Point>();
List<Point> rightPart = new ArrayList<Point>();
// 划分左右两个部分
for (int i = 0; i < referencePoints.length; i++) {
if (referencePoints[i].x < center) {
leftPart.add(referencePoints[i]);
} else if (referencePoints[i].x > center) {
rightPart.add(referencePoints[i]);
} else {
if (leftPart.size() < rightPart.size()) {
leftPart.add(referencePoints[i]);
} else {
rightPart.add(referencePoints[i]);
}
}
}
double minDistance = 0;
int minIndex = 0;
if (leftPart.size() < rightPart.size()) {
// 左部分少
minDistance = rightPart.get(0).x - center;
minIndex = 0;
for (int i = 1; i < rightPart.size(); i++) {
if (rightPart.get(i).x - center < minDistance) {
minDistance = rightPart.get(i).x - center;
minIndex = i;
}
}
leftPart.add(rightPart.remove(minIndex));
} else if (leftPart.size() > rightPart.size()) {
// 右部分少
minDistance = center - leftPart.get(0).x;
minIndex = 0;
for (int i = 1; i < leftPart.size(); i++) {
if (center - leftPart.get(0).x < minDistance) {
minDistance = center - leftPart.get(0).x;
minIndex = i;
}
}
rightPart.add(leftPart.remove(minIndex));
}
if (leftPart.get(0).y < leftPart.get(1).y) {
referencePoints[0] = leftPart.get(0);
referencePoints[3] = leftPart.get(1);
}
if (rightPart.get(0).y < rightPart.get(1).y) {
referencePoints[1] = rightPart.get(0);
referencePoints[2] = rightPart.get(1);
}
return referencePoints;
}
4、把点击划分到四个区域中，即左上，右上，右下，左下(效果还可以)
/**
* 把点击划分到四个区域中，即左上，右上，右下，左下
*
* @param points
* 逼近的点集
* @param referencePoints
* 四个参照点集(通过寻找最大轮廓，进行minAreaRect得到四个点[左上，右上，右下，左下])
*/
public static Map<String, List> pointsDivideArea(Point[] points, Point[] referencePoints) {
// px1 左上，px2左下，py1右上，py2右下
List<Point> px1 = new ArrayList<Point>(), px2 = new ArrayList<Point>(), py1 = new ArrayList<Point>(),
py2 = new ArrayList<Point>();
int thresold = 50;// 设置距离阀值
double distance = 0;
for (int i = 0; i < referencePoints.length; i++) {
for (int j = 0; j < points.length; j++) {
distance = Math.pow(referencePoints[i].x - points[j].x, 2)
+ Math.pow(referencePoints[i].y - points[j].y, 2);
if (distance < Math.pow(thresold, 2)) {
if (i == 0) {
px1.add(points[j]);
} else if (i == 1) {
py1.add(points[j]);
} else if (i == 2) {
py2.add(points[j]);
} else if (i == 3) {
px2.add(points[j]);
}
} else {
continue;
}
}
}
Map<String, List> map = new HashMap<String, List>();
map.put("px1", px1);
map.put("px2", px2);
map.put("py1", py1);
map.put("py2", py2);
return map;
}
5、根据矩形中，对角线最长，找到矩形的四个顶点坐标(效果不好)
/**
* 具体的寻找四个顶点的坐标
*
* @param map
* 四个点集域 即左上，右上，右下，左下
* @return
*/
public static Point[] specificFindFourPoint(Map<String, List> map) {
Point[] result = new Point[4];// [左上，右上，右下，左下]
List<Point> px1 = map.get("px1");// 左上
List<Point> px2 = map.get("px2");// 左下
List<Point> py1 = map.get("py1");// 右上
List<Point> py2 = map.get("py2");// 右下
System.out.println("px1.size() " + px1.size());
System.out.println("px2.size() " + px2.size());
System.out.println("py1.size() " + py1.size());
System.out.println("py2.size() " + py2.size());
double maxDistance = 0;
double tempDistance;
int i, j;
int p1 = 0, p2 = 0;// 记录点的下标
// 寻找左上，右下
for (i = 0; i < px1.size(); i++) {
for (j = 0; j < py2.size(); j++) {
tempDistance = Math.pow(px1.get(i).x - py2.get(j).x, 2) + Math.pow(px1.get(i).y - py2.get(j).y, 2);
if (tempDistance > maxDistance) {
maxDistance = tempDistance;
p1 = i;
p2 = j;
}
}
}
result[0] = px1.get(p1);
result[2] = py2.get(p2);
// 寻找左下，右上
maxDistance = 0;
for (i = 0; i < px2.size(); i++) {
for (j = 0; j < py1.size(); j++) {
tempDistance = Math.pow(px2.get(i).x - py1.get(j).x, 2) + Math.pow(px2.get(i).y - py1.get(j).y, 2);
if (tempDistance > maxDistance) {
maxDistance = tempDistance;
p1 = i;
p2 = j;
}
}
}
result[1] = py1.get(p2);
result[3] = px2.get(p1);
return result;
}
整合寻找四个顶点坐标函数
/**
* 寻找四个顶点的坐标 思路： 1、canny描边 2、寻找最大轮廓 3、对最大轮廓点集合逼近，得到轮廓的大致点集合
* 4、把点击划分到四个区域中，即左上，右上，左下，右下 5、根据矩形中，对角线最长，找到矩形的四个顶点坐标
*
* @param src
*/
public static Point[] findFourPoint(Mat src) {
// 1、canny描边
Mat cannyMat = canny(src);
// 2、寻找最大轮廓;3、对最大轮廓点集合逼近，得到轮廓的大致点集合
Point[] points = useApproxPolyDPFindPoints(cannyMat);
//在图像上画出逼近的点
Mat approxPolyMat = src.clone();
for( int i = 0; i < points.length ; i++) {
setPixel(approxPolyMat, (int)points[i].y, (int) points[i].x, 255);
}
saveImg(approxPolyMat, "C:/Users/admin/Desktop/opencv/open/q/x11-approxPolyMat.jpg");
// 获取参照点集
Point[] referencePoints = findReferencePoint(cannyMat);
// 4、把点击划分到四个区域中，即左上，右上，左下，右下(效果还可以)
Map<String, List> map = pointsDivideArea(points, referencePoints);
// 画出标记四个区域中的点集
Mat areaMat = src.clone();
List<Point> px1 = map.get("px1");// 左上
List<Point> px2 = map.get("px2");// 左下
List<Point> py1 = map.get("py1");// 右上
List<Point> py2 = map.get("py2");// 右下
for (int i = 0; i < px1.size(); i++) {
setPixel(areaMat, (int) px1.get(i).y, (int) px1.get(i).x, 255);
}
for (int i = 0; i < px2.size(); i++) {
setPixel(areaMat, (int) px2.get(i).y, (int) px2.get(i).x, 255);
}
for (int i = 0; i < py1.size(); i++) {
setPixel(areaMat, (int) py1.get(i).y, (int) py1.get(i).x, 255);
}
for (int i = 0; i < py2.size(); i++) {
setPixel(areaMat, (int) py2.get(i).y, (int) py2.get(i).x, 255);
}
saveImg(areaMat, "C:/Users/admin/Desktop/opencv/open/q/x11-pointsDivideArea.jpg");
// 5、根据矩形中，对角线最长，找到矩形的四个顶点坐标(效果不好)
Point[] result = specificFindFourPoint(map);
return result;
}
透视变换，矫正图像
/**
* 透视变换，矫正图像 思路： 1、寻找图像的四个顶点的坐标(重要) 思路： 1、canny描边 2、寻找最大轮廓
* 3、对最大轮廓点集合逼近，得到轮廓的大致点集合 4、把点击划分到四个区域中，即左上，右上，左下，右下 5、根据矩形中，对角线最长，找到矩形的四个顶点坐标
* 2、根据输入和输出点获得图像透视变换的矩阵 3、透视变换
*
* @param src
*/
public static Mat warpPerspective(Mat src) {
// 灰度话
src = HandleImgUtils.gray(src);
// 找到四个点
Point[] points = HandleImgUtils.findFourPoint(src);
// Canny
Mat cannyMat = HandleImgUtils.canny(src);
// 寻找最大矩形
RotatedRect rect = HandleImgUtils.findMaxRect(cannyMat);
// 点的顺序[左上 ，右上 ，右下 ，左下]
List<Point> listSrcs = java.util.Arrays.asList(points[0], points[1], points[2], points[3]);
Mat srcPoints = Converters.vector_Point_to_Mat(listSrcs, CvType.CV_32F);
Rect r = rect.boundingRect();
r.x = Math.abs(r.x);
r.y = Math.abs(r.y);
List<Point> listDsts = java.util.Arrays.asList(new Point(r.x, r.y), new Point(r.x + r.width, r.y),
new Point(r.x + r.width, r.y + r.height), new Point(r.x, r.y + r.height));
System.out.println(r.x + "," + r.y);
Mat dstPoints = Converters.vector_Point_to_Mat(listDsts, CvType.CV_32F);
Mat perspectiveMmat = Imgproc.getPerspectiveTransform(srcPoints, dstPoints);
Mat dst = new Mat();
Imgproc.warpPerspective(src, dst, perspectiveMmat, src.size(), Imgproc.INTER_LINEAR + Imgproc.WARP_INVERSE_MAP,
1, new Scalar(0));
return dst;
}
测试函数
/**
* 测试透视变换
*/
public void testWarpPerspective() {
System.loadLibrary(Core.NATIVE_LIBRARY_NAME);
Mat src = HandleImgUtils.matFactory("C:/Users/admin/Desktop/opencv/open/q/x10.jpg");
src = HandleImgUtils.warpPerspective(src);
HandleImgUtils.saveImg(src, "C:/Users/admin/Desktop/opencv/open/q/x10-testWarpPerspective.jpg");
}
本项目所有代码地址：https://github.com/YLDarren/opencvHandleImg
觉得写的不错话，还是希望能给个Star的
以上是关于Java基于opencv—透视变换矫正图像的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章