C#使用OpenCV剪切图像中的圆形和矩形

前言

本文主要介绍如何使用OpenCV剪切图像中的圆形和矩形。

准备工作

首先创建一个Wpf项目——WpfOpenCV，这里版本使用Framework4.7.2。

然后使用Nuget搜索【Emgu.CV】，如下图。

这里的Emgu.CV选择4.3.0.3890版本，然后安装Emgu.CV和Emgu.CV.runtime.windows。

使用OPenCV剪切矩形

现在，我们进入项目，进行OPenCV的调用。

首先引入命名空间，如下：

using Emgu.CV;
using Emgu.CV.CvEnum;
using Emgu.CV.Structure;
using System.Drawing;
using System.Windows.Forms;

然后编写矩形剪切函数——CutRectangleImage。

函数里，我们先将图像进行缩放，这样可以有效的减少检测到的矩形数量。

再将图片处理成灰度模式，然后再高斯模糊，再边缘化。

然后，我们就可以在图片里查找图形轮廓了，当轮廓有三个顶点，那么它是三角形，如果有四个顶点，那么它是四边形；我们要截取矩形，所以这里要加一个角度的判断，四个角必须都在80-100度之间。

取到了顶点后，在依据顶点剪切图片就可以了。

下面是截取矩形的代码，代码中只截取了宽度最大的那个矩形。

public void CutRectangleImage(string imagePath)
{
    Image<Bgr, Byte> src = new Image<Bgr, byte>(imagePath);
    int scale = 1;
    if (src.Width > 500)
    {
        scale = 2;
    }
    if (src.Width > 1000)
    {
        scale = 10;
    }
    if (src.Width > 10000)
    {
        scale = 100;
    }
    var size = new Size(src.Width / scale, src.Height / scale);
    Image<Bgr, Byte> srcNewSize = new Image<Bgr, byte>(size);
    CvInvoke.Resize(src, srcNewSize, size);
    //将图像转换为灰度
    UMat grayImage = new UMat(); 
    CvInvoke.CvtColor(srcNewSize, grayImage, ColorConversion.Bgr2Gray);
    //使用高斯滤波去除噪声
    CvInvoke.GaussianBlur(grayImage, grayImage, new Size(3, 3), 3);
    UMat cannyEdges = new UMat();
    CvInvoke.Canny(grayImage, cannyEdges, 60, 180);//通过边缘化，然后取出轮廓
     
    #region 取三角形和矩形的顶点坐标
    List<Triangle2DF> triangleList = new List<Triangle2DF>();
    List<RotatedRect> boxList = new List<RotatedRect>(); //旋转的矩形框

    using (VectorOfVectorOfPoint contours = new VectorOfVectorOfPoint())
    {
        CvInvoke.FindContours(cannyEdges, contours, null, RetrType.List, ChainApproxMethod.ChainApproxSimple);
        int count = contours.Size;
        for (int i = 0; i < count; i++)
        {
            using (VectorOfPoint contour = contours[i])
            using (VectorOfPoint approxContour = new VectorOfPoint())
            {
                CvInvoke.ApproxPolyDP(contour, approxContour, CvInvoke.ArcLength(contour, true) * 0.08, true);
                //仅考虑面积大于50的轮廓
                if (CvInvoke.ContourArea(approxContour, false) > 50)
                {
                    if (approxContour.Size == 3) //轮廓有3个顶点：三角形
                    {
                        System.Drawing.Point[] pts = approxContour.ToArray();
                        triangleList.Add(new Triangle2DF(pts[0], pts[1], pts[2]));
                    }
                    else if (approxContour.Size == 4) //轮廓有4个顶点
                    {
                        #region 检测角度，如果角度都在 [80, 100] 之间，则为矩形
                        bool isRectangle = true;
                        System.Drawing.Point[] pts = approxContour.ToArray();
                        LineSegment2D[] edges = Emgu.CV.PointCollection.PolyLine(pts, true);

                        for (int j = 0; j < edges.Length; j++)
                        {
                            double angle = Math.Abs(edges[(j + 1) % edges.Length].GetExteriorAngleDegree(edges[j]));
                            if (angle < 80 || angle > 100)
                            {
                                isRectangle = false;
                                break;
                            }
                        }
                        #endregion
                        if (isRectangle) boxList.Add(CvInvoke.MinAreaRect(approxContour));
                    }
                }
            }
        }
    }
    #endregion
        
    #region 保存剪切的最大的矩形图片  
    Rectangle rectangle = new Rectangle(0, 0, src.Width, src.Height);
    int maxWidth = 0;
    //boxList = boxList.Where(p => p.Size.Width > 300).ToList();
    for (int i = 0; i < boxList.Count(); i++)
    {
        RotatedRect box = boxList[i];
        Rectangle rectangleTemp = box.MinAreaRect();
        //这里对取到的顶点坐标进行了加宽，因为矩形可能存在角度，这里没有进行角度旋转，所以加宽了取值范围就可以取到完整的图了
        rectangleTemp = new Rectangle(rectangleTemp.X * scale, rectangleTemp.Y * scale, rectangleTemp.Width * scale + scale, rectangleTemp.Height * scale + scale);
      
        //取最大的矩形图片
        if (rectangleTemp.Width > maxWidth)
        {
            maxWidth = rectangleTemp.Width;
            rectangle = rectangleTemp;
        }
    }
    src.Draw(rectangle, new Bgr(System.Drawing.Color.Red), 4);//在图片中画线
    CvInvoke.Imwrite("原始图片.bmp", src); //保存原始图片
    CvInvoke.cvSetImageROI(src.Ptr, rectangle);//设置兴趣点—ROI（region of interest ）
    var clone = src.Clone(); 
    CvInvoke.Imwrite("剪切的矩形图片.bmp", clone); //保存结果图  
    #endregion
    src.Dispose();
    srcNewSize.Dispose();
    grayImage.Dispose();
}

然后编写一个打开文件的函数，在成功打开文件后调用CutRectangleImage。

private void btnRectangle_Click(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    System.Windows.Forms.OpenFileDialog frm = new System.Windows.Forms.OpenFileDialog();
    frm.Filter = "(*.jpg,*.png,*.jpeg,*.bmp,*.gif)|*.jgp;*.png;*.jpeg;*.bmp;*.gif|All files(*.*)|*.*";
    if (frm.ShowDialog() == System.Windows.Forms.DialogResult.OK)
    {
        CutRectangleImage(frm.FileName);
    } 
}

然后运行项目，点击剪切矩形文件。

然后到debug文件夹下，查看结果。

测试结果如下图所示：

图中红线为检测到矩形后，手动画上去的矩形轮廓。

使用OPenCV剪切圆形

编写矩形剪切函数——CutCircleImage。

函数里，我们依然先将图像进行缩放，为了有效的减少检测到的圆形数量。

再将图片处理成灰度模式，然后再高斯模糊。

然后再使用霍夫圆检测函数，获取圆的圆心和半径。

最后再根据圆心和半径计算出最小矩形，然后将圆剪切并保存。

代码如下：

public void CutCircleImage(string imagePath)
{ 
    Image<Bgr, Byte> src = new Image<Bgr, byte>(imagePath);
  
    int scale = 1;
    if (src.Width > 500)
    {
        scale = 2;
    }
    if (src.Width > 1000)
    {
        scale = 10;
    }
    if (src.Width > 10000)
    {
        scale = 100;
    } 
    var size = new Size(src.Width / scale, src.Height / scale);
    Image<Bgr, Byte> srcNewSize = new Image<Bgr, byte>(size);
    CvInvoke.Resize(src, srcNewSize, size);
    //将图像转换为灰度
    UMat grayImage = new UMat();
    CvInvoke.CvtColor(srcNewSize, grayImage, ColorConversion.Bgr2Gray); 
    //使用高斯滤波去除噪声
    CvInvoke.GaussianBlur(grayImage, grayImage, new Size(3, 3), 3); 
    //霍夫圆检测
    CircleF[] circles = CvInvoke.HoughCircles(grayImage, HoughModes.Gradient, 2.0, 200.0, 100.0, 180.0, 5);
  
    Rectangle rectangle = new Rectangle();
    float maxRadius = 0;
    foreach (CircleF circle in circles)
    {
        var center = circle.Center;//圆心
        var radius = circle.Radius;//半径
        if (radius > maxRadius)
        {
            maxRadius = radius;
            rectangle = new Rectangle((int)(center.X - radius) * scale,
                (int)(center.Y - radius) * scale,
                (int)radius * 2 * scale + scale,
                (int)radius * 2 * scale + scale);
        }
        srcNewSize.Draw(circle, new Bgr(System.Drawing.Color.Blue), 4);

    }
    CvInvoke.Imwrite("原始图片.bmp", srcNewSize); //保存原始图片
    if (maxRadius == 0)
    {
        MessageBox.Show("没有圆形");
    }
    CvInvoke.cvSetImageROI(srcNewSize.Ptr, rectangle);//设置兴趣点—ROI（region of interest ）
    var clone = srcNewSize.Clone();
    CvInvoke.Imwrite("剪切的圆形图片.bmp", clone); //保存结果图  
    src.Dispose();
    srcNewSize.Dispose();
    grayImage.Dispose();
}

运行项目进行测试，结果如下：