基于OpenCV的图像边缘检测与轮廓分析

 更新时间:2026年01月19日 08:23:01   作者:子夜江寒  
本文介绍了图像处理中的边缘检测和轮廓分析方法,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧

一、边缘检测方法

1. Sobel算子边缘检测

Sobel算子通过计算图像灰度函数的梯度来检测边缘,分别计算水平和垂直方向的梯度,然后合并得到完整边缘图像。

import cv2

pic = cv2.imread(r"picture_1.jpg", 0)
pic_x_64 = cv2.Sobel(pic, cv2.CV_64F, dx=1, dy=0)
pic_x_full = cv2.convertScaleAbs(pic_x_64)
pic_y_64 = cv2.Sobel(pic, cv2.CV_64F, dx=0, dy=1)
pic_y_full = cv2.convertScaleAbs(pic_y_64)
pic_xy_sobel_full = cv2.addWeighted(pic_x_full, 1, pic_y_full, 1, 0)

参数分析:

  • cv2.CV_64F:输出图像的深度,64位浮点数类型
  • dx=1, dy=0:计算x方向(水平)梯度
  • dx=0, dy=1:计算y方向(垂直)梯度
  • cv2.convertScaleAbs():将负梯度值转换为绝对值并缩放

2. Scharr算子边缘检测

Scharr算子是Sobel算子的改进版本,对边缘的响应更敏感,能检测到更细微的边缘变化。

pic = cv2.imread(r"picture_1.jpg", cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
pic_x_64 = cv2.Scharr(pic, cv2.CV_64F, dx=1, dy=0)
pic_x_full = cv2.convertScaleAbs(pic_x_64)
pic_y_64 = cv2.Scharr(pic, cv2.CV_64F, dx=0, dy=1)
pic_y_full = cv2.convertScaleAbs(pic_y_64)
pic_xy_scharr_full = cv2.addWeighted(pic_x_full, 1, pic_y_full, 1, 0)

3. Laplacian边缘检测

Laplacian算子基于二阶导数,能同时检测图像的两个方向的边缘,对噪声更敏感但能检测到更精细的边缘。

pic = cv2.imread(r"picture_1.jpg", cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
pic_lap = cv2.Laplacian(pic, cv2.CV_64F, ksize=3)
pic_lap_full = cv2.convertScaleAbs(pic_lap)

参数分析:

  • ksize=3:拉普拉斯核的大小,必须为正奇数

4. Canny边缘检测

Canny边缘检测是多阶段算法,包括高斯滤波、梯度计算、非极大值抑制和双阈值检测,是效果最好的边缘检测算法之一。

pic = cv2.imread(r"picture_1.jpg", cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
pic_canny = cv2.Canny(pic, 100, 150)

参数分析:

  • 100:低阈值,低于此值的边缘被丢弃
  • 150:高阈值,高于此值的边缘被保留为强边缘

二、图像轮廓分析

1. 轮廓提取基础

轮廓提取需要先将图像转换为二值图像,然后使用findContours函数查找轮廓。

# 灰度图处理
phone = cv2.imread(r"picture_1.jpg")
phone = cv2.resize(phone, dsize=None, fx=0.4, fy=0.4)
phone_gray = cv2.cvtColor(phone, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

# 阈值处理为二值图像
ret, phone_binary = cv2.threshold(phone_gray, 120, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# 查找轮廓
_, contours, hierarchy = cv2.findContours(phone_binary, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_NONE)

print(len(contours))

参数分析:

  • cv2.THRESH_BINARY:阈值化类型,大于阈值设为255,小于设为0
  • cv2.RETR_TREE:轮廓检索模式,检索所有轮廓并重建完整的层次结构
  • cv2.CHAIN_APPROX_NONE:轮廓近似方法,存储所有轮廓点

2. 轮廓绘制方法

image_copy = phone.copy()
cv2.drawContours(image=image_copy, contours=contours, contourIdx=-1, color=(0, 255, 0), thickness=2)

# 逐个绘制轮廓的替代方法
for i in range(len(contours)):
    image_copy = cv2.drawContours(image=image_copy, contours=contours, contourIdx=i, color=(0, 255, 0), thickness=3)
    cv2.imshow('Contours_show', image_copy)
    cv2.waitKey(0)

参数分析:

contourIdx=-1:绘制所有轮廓,指定索引则绘制单个轮廓

3. 轮廓特征计算

# 轮廓面积计算
area_0 = cv2.contourArea(contours[0])
area_1 = cv2.contourArea(contours[1])

# 轮廓周长计算
length = cv2.arcLength(contours[0], closed=True)

# 根据面积筛选轮廓
a_list = []
for i in contours:
    if cv2.contourArea(i) > 10000:
        a_list.append(i)

4. 轮廓定位与排序

# 根据面积排序获取最大轮廓
sortcnt = sorted(contours, key=cv2.contourArea, reverse=True)[0]
image_contours = cv2.drawContours(image_copy, [sortcnt], contourIdx=-1, color=(0, 0, 255), thickness=3)

5. 轮廓几何特征

cnt = contours[8]

# 最小外接圆
(x, y), r = cv2.minEnclosingCircle(cnt)
phone_circle = cv2.circle(phone, center=(int(x), int(y)), radius=int(r), color=(0, 255, 0), thickness=2)

# 最小外接矩形
x, y, w, h = cv2.boundingRect(cnt)
phone_rectangle = cv2.rectangle(phone, pt1=(x, y), pt2=(x + w, y + h), color=(0, 255, 0), thickness=2)

三、轮廓近似与简化

轮廓近似可以减少轮廓点的数量,同时保持轮廓的基本形状,常用于减少计算复杂度和数据存储。

phone = cv2.imread('phone.png')
phone_gray = cv2.cvtColor(phone, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
ret, phone_thresh = cv2.threshold(phone_gray, 120, 255, cv2.THRESH_BINARY)

# 兼容不同OpenCV版本的轮廓查找
contours = cv2.findContours(phone_thresh, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_NONE)[-2]

# 轮廓近似
epsilon = 0.01 * cv2.arcLength(contours[0], closed=True)
approx = cv2.approxPolyDP(contours[0], epsilon, closed=True)

print(contours[0].shape)  # 原始轮廓点数
print(approx.shape)       # 近似后轮廓点数

# 绘制近似轮廓
phone_new = phone.copy()
image_contours = cv2.drawContours(phone_new, [approx], contourIdx=-1, color=(0, 255, 0), thickness=3)

参数分析:

  • epsilon:近似精度参数,通常取轮廓周长的百分比
  • closed=True:指示轮廓是封闭的

到此这篇关于基于OpenCV的图像边缘检测与轮廓分析的文章就介绍到这了,更多相关OpenCV 图像边缘检测与轮廓内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

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