如何获得物体的主要方向？

Posted 2020-10-11 GreenOpen专注图像处理

采用pca分析方法，获得图像的中点和主要方向。

问题来源为网友提供的资料，原文地址为：《Object Orientation, Principal Component Analysis & OpenCV》

问题描述：

对于这样的图像（2副，采用了背投光），如何获得上面工件的主要方向

 

 

主要思路：

1、分别获得每个工件的轮廓；

2、处理每个轮廓，采用pca(主成分分析）方法，获得所有轮廓点的集合的中点，主要方向等信息；

3、绘图并返回结果。

 

注：pca相关函数请查看

https://docs.opencv.org/master/d3/d8d/classcv_1_1PCA.html

 

代码略解：

1、读入图片，寻找轮廓；

//读入图像，转换为灰度
    Mat img = imread("e:/sandbox/pca1.jpg");
    Mat bw;
    cvtColor(img, bw, COLOR_BGR2GRAY);
    //阈值处理
    threshold(bw, bw, 150, 255, CV_THRESH_BINARY);
    //寻找轮廓
    vector<vector<Point> > contours;
    vector<Vec4i> hierarchy;
    findContours(bw, contours, hierarchy, CV_RETR_LIST, CV_CHAIN_APPROX_NONE);

2、首先以大小筛选轮廓；

//轮廓分析，找到工件
    for (size_t i = 0; i < contours.size(); ++i)
    {
        //计算轮廓大小
        double area = contourArea(contours[i]);
        //去除过小或者过大的轮廓区域（科学计数法表示）
        if (area < 1e2 || 1e5 < area) continue;
        //绘制轮廓
        drawContours(img, contours, i, CV_RGB(255, 0, 0), 2, 8, hierarchy, 0);
        //寻找每一个轮廓的方向
        getOrientation(contours[i], img);
    }

3、单独处理每个轮廓，分析其主要方向，绘制结果

//获得构建的主要方向
double getOrientation(vector<Point> &pts, Mat &img)
{
    //构建pca数据。这里做的是将轮廓点的x和y作为两个维压到data_pts中去。
    Mat data_pts = Mat(pts.size(), 2, CV_64FC1);//使用mat来保存数据，也是为了后面pca处理需要
    for (int i = 0; i < data_pts.rows; ++i)
    {
        data_pts.at<double>(i, 0) = pts[i].x;
        data_pts.at<double>(i, 1) = pts[i].y;
    }
    //执行PCA分析
    PCA pca_analysis(data_pts, Mat(), CV_PCA_DATA_AS_ROW);
    //获得最主要分量，在本例中，对应的就是轮廓中点，也是图像中点
    Point pos = Point(pca_analysis.mean.at<double>(0, 0),pca_analysis.mean.at<double>(0, 1));
    //存储特征向量和特征值
    vector<Point2d> eigen_vecs(2);
    vector<double> eigen_val(2);
    for (int i = 0; i < 2; ++i)
    {
        eigen_vecs[i] = Point2d(pca_analysis.eigenvectors.at<double>(i, 0),pca_analysis.eigenvectors.at<double>(i, 1));
        eigen_val[i] = pca_analysis.eigenvalues.at<double>(i,0);//注意，这个地方原代码写错了
    }
    //在轮廓/图像中点绘制小圆
    circle(img, pos, 3, CV_RGB(255, 0, 255), 2);
    //计算出直线，在主要方向上绘制直线
    line(img, pos, pos + 0.02 * Point(eigen_vecs[0].x * eigen_val[0], eigen_vecs[0].y * eigen_val[0]) , CV_RGB(255, 255, 0));
    line(img, pos, pos + 0.02 * Point(eigen_vecs[1].x * eigen_val[1], eigen_vecs[1].y * eigen_val[1]) , CV_RGB(0, 255, 255));
    //返回角度结果
    return atan2(eigen_vecs[0].y, eigen_vecs[0].x);
}

结果展示：

感谢关注，希望有所帮助。

此外，特别感谢：https://github.com/NickeManarin/ScreenToGif/wiki/Help

提供的这个gif录屏软件，非常好用。