如何獲得物體的主要方向？

問題來源為網友提供的資料，原文地址為：《Object Orientation, Principal Component Analysis & OpenCV》

問題描述：

對於這樣的圖像（2副，采用了背投光），如何獲得上面工件的主要方向

 

 

主要思路：

1、分別獲得每個工件的輪廓；

2、處理每個輪廓， 采用pca(主成分分析）方法，獲得所有輪廓點的集合的中點，主要方向等信息；

3、繪圖並返回結果。

 

注：pca相關函數請查看

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

 

代碼略解：

1、讀入圖片，尋找輪廓；

//讀入圖像，轉換為灰度
    Mat img  = imread( "e:/sandbox/pca1.jpg");
    Mat bw;
    cvtColor(img, bw, COLOR_BGR2GRAY);
     //閾值處理
    threshold(bw, bw,  150,  255, CV_THRESH_BINARY);
     //尋找輪廓
    vector <vector <Point >  > contours;
    vector <Vec4i > hierarchy;
    findContours(bw, contours, hierarchy, CV_RETR_LIST, CV_CHAIN_APPROX_NONE);

2、首先以大小篩選輪廓；

//輪廓分析，找到工件
     for (size_t i  =  0; i  < contours.size();  ++i)
    {
         //計算輪廓大小
         double area  = contourArea(contours[i]);
         //去除過小或者過大的輪廓區域（科學計數法表示）
         if (area  <  1e2  ||  1e5  < area)  continue;
         //繪制輪廓
        drawContours(img, contours, i, CV_RGB( 255,  0,  0),  2,  8, hierarchy,  0);
         //尋找每一個輪廓的方向
        getOrientation(contours[i], img);
    }

3、單獨處理每個輪廓，分析其主要方向，繪制結果

//獲得構建的主要方向
double getOrientation(vector <Point >  &pts, Mat  &img)
{
     //構建pca數據。這里做的是將輪廓點的x和y作為兩個維壓到data_pts中去。
    Mat data_pts  = Mat(pts.size(),  2, CV_64FC1); //使用mat來保存數據，也是為了后面pca處理需要
     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;
    }
     //執行PCA分析
    PCA pca_analysis(data_pts, Mat(), CV_PCA_DATA_AS_ROW);
     //獲得最主要分量，在本例中，對應的就是輪廓中點，也是圖像中點
    Point pos  = Point(pca_analysis.mean.at < double >( 0,  0),pca_analysis.mean.at < double >( 0,  1));
     //存儲特征向量和特征值
    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，這個地方原代碼寫錯了
    }
     //在輪廓/圖像中點繪制小圓
    circle(img, pos,  3, CV_RGB( 255,  0,  255),  2);
     //計算出直線，在主要方向上繪制直線
    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));
     //返回角度結果
     return atan2(eigen_vecs[ 0].y, eigen_vecs[ 0].x);
}

結果展示：

感謝關注，希望有所幫助。

此外，特別感謝： https://github.com/NickeManarin/ScreenToGif/wiki/Help

提供的這個gif錄屏軟件，非常好用。