opencv轮廓近似，模板匹配

在图像处理领域，轮廓近似和模板匹配是两种非常关键的技术，它们广泛应用于计算机视觉、图像分析和图像识别等多个方面。本文将详细介绍如何使用OpenCV库进行轮廓近似和模板匹配，并给出具体的代码示例。

一、轮廓近似（Contour Approximation）

轮廓近似是指将图像中的轮廓逼近成由直线段组成的多边形或其他简单形状，以减少轮廓的复杂度和数据量。OpenCV提供了cv2.approxPolyDP()函数来实现这一功能。

1. 轮廓近似的原理

cv2.approxPolyDP()函数通过计算轮廓上的点到由轮廓逼近得到的多边形边界的最大距离（即epsilon值），来决定逼近的精度。epsilon值越小，逼近结果越接近原始轮廓；epsilon值越大，逼近结果越粗略。

代码示例

import cv2  
import numpy as np  
  
def cv_show(title, img):  
    cv2.imshow(title, img)  
    cv2.waitKey(0)  
    cv2.destroyAllWindows()  
#建立一个函数展示图片
  
# 读取图像  
img = cv2.imread('your_image.jpg')  
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)  
ret, thresh = cv2.threshold(gray, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)  
  
# 查找轮廓  
contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_NONE)  
  
# 选择第一个轮廓进行近似  
cnt = contours[0]  
epsilon = 0.01 * cv2.arcLength(cnt, True)  
approx = cv2.approxPolyDP(cnt, epsilon, True)  
  
# 绘制近似后的轮廓  
draw_img = img.copy()  
cv2.drawContours(draw_img, [approx], -1, (0, 0, 255), 2)  
cv_show('Approx Poly', draw_img)

实例

import cv2

phone = cv2.imread('phone.png')
phone_gray = cv2.cvtColor(phone, cv2.COLOR_BGR2GRAY)  # 转换为灰度图
ret, phone_thresh = cv2.threshold(phone_gray, 100, 255, cv2.THRESH_BINARY)  # 二催化
image, contours, hierarchy = cv2.findContours(phone_thresh, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_NONE)  # 获取轮
epsilon = 0.01 * cv2.arcLength(contours[0], True)
approx = cv2.approxPolyDP(contours[0], epsilon, True)  # 普对轮靡进行近似
phone_new = phone.copy()

image_contours = cv2.drawContours(phone_new, [approx], contourIdx=-1, color=(0, 255, 0), thickness=3)  # 绘制轮碗
cv2.imshow('phone', phone)
cv2.waitKey(0)
cv2.imshow("image contours", image_contours)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

二、模板匹配（Template Matching）

模板匹配是一种在较大图像中寻找与模板图像相似区域的方法。OpenCV提供了cv2.matchTemplate()函数来实现模板匹配。

1. 模板匹配的原理

模板匹配通过比较模板图像和原图像中同样大小区域的相似性，来找到最匹配的区域。OpenCV提供了多种比较方法，如平方差匹配（TM_SQDIFF）、相关匹配（TM_CCORR）和系数匹配（TM_CCOEFF）等。

代码示例

import cv2  
import numpy as np  
  
# 读取原图像和模板图像  
img = cv2.imread('your_image.jpg', 0)  
template = cv2.imread('your_template.jpg', 0)  
  
# 模板匹配  
w, h = template.shape[::-1]  
res = cv2.matchTemplate(img, template, cv2.TM_CCOEFF_NORMED)  
threshold = 0.8  
loc = np.where(res >= threshold)  
  
# 绘制匹配结果  
for pt in zip(*loc[::-1]):  
    cv2.rectangle(img, pt, (pt[0] + w, pt[1] + h), (0, 255, 255), 2)  
  
cv2.imshow('Detected', img)  
cv2.waitKey(0)  
cv2.destroyAllWindows()

实例：

import cv2

kele = cv2.imread('kele.png')
template = cv2.imread("template.png")
cv2.imshow('kele', kele)
cv2.imshow('template', template)
cv2.waitKey(0)

h, w = template.shape[:2]
res = cv2.matchTemplate(kele, template, cv2.TM_CCOEFF_NORMED)

min_val, max_val, min_loc, max_loc = cv2.minMaxLoc(res)  # 最小值、最大值、最小值位置、最大值位置
top_left = max_loc
bottom_right = (top_left[0] + w, top_left[1] + h)
kele_template = cv2.rectangle(kele, top_left, bottom_right, (0, 255, 0), 2)  # 绘制矩形
cv2.imshow('kele_template', kele_template)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

结果