OpenCV中邊緣檢測的示例分析

這篇文章主要介紹OpenCV中邊緣檢測的示例分析，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

邊緣在人類視覺和計算機視覺中均起著重要的作用。

人類能夠僅憑一張背景剪影或一個草圖就識別出物體類型和姿態。

其中OpenCV提供了許多邊緣檢測濾波函數，這些濾波函數都會將非邊緣區域轉為黑色，將邊緣區域轉為白色或其他飽和的顏色。

不過這些濾波函數都很容易將噪聲錯誤地識別為邊緣，所以需要進行模糊處理。

本次的模糊操作使用高斯模糊(低通濾波器)，最常用的模糊濾波器(平滑濾波器)之一，是一個削弱高頻信號強度的低通濾波器。

低通濾波器，在像素與周圍像素的亮度差值小于一個特定值時，平滑該像素的亮度，主要用于去噪和模糊化。

邊緣檢測則是使用OpenCV的Canny函數實現，算法雖然很復雜，但是代碼卻很簡單。

5個步驟，使用高斯濾波器對圖像去噪、計算梯度、在邊緣上使用非最大抑制(NMS)、在檢測到的邊緣上使用雙(double)閾值去除陽性(false positive)、分析所有的邊緣及其連接，保留真正的邊緣并消除不明顯的邊緣。

下面就來實現一下「跳一跳」的邊緣檢測，得以獲取方塊的中心位置。

/ 01 / 邊緣檢測

Canny邊緣檢測代碼如下。

import cv2
import numpy as np
# 讀取原圖像
img = cv2.imread('game.png', 0)
# 顯示原圖像
cv2.namedWindow('img', 0)
cv2.resizeWindow('img', 400, 600)
cv2.imshow('img', img)
# 高斯模糊
img_rgb = cv2.GaussianBlur(img, (5, 5), 0)
canny_img = cv2.Canny(img_rgb, 1, 10)
# 顯示邊緣檢測圖像
cv2.namedWindow('canny', 0)
cv2.resizeWindow('canny', 400, 600)
cv2.imshow('canny', canny_img)
# 輸出邊緣檢測圖像的高和寬
H, W = canny_img.shape
print(H, W)

輸出的圖像高寬分別為1920和1080。

下面是原圖像灰度圖和邊緣檢測圖像。

接下來，通過邊緣檢測圖像找到方塊的第一個頂點(上頂點)。

# 第一個頂點的高度,row為列表(代表每一行的像素值),max(row)獲取列表中最大的像素值
y_top = np.nonzero([max(row) for row in canny_img[400:]])[0][0] + 400

對圖像高度大于400的行進行遍歷(這樣可以去除上方數字270以及小程序塊的影響)。

np.nonzero()表示獲取列表元素數值不為0的位置，第一個即為上頂點的高度值。

接下來獲取上頂點的寬度值。

# 第一個頂點的寬度
x_top = int(np.mean(np.nonzero(canny_img[y_top])))

這里發現有好幾個水平點，所以最后取平均值。

接下來對方塊下頂點的位置進行確定。

為了跳過小白圈的影響，在上頂點高度的基礎上加上80個像素大小。

然后往下方遍歷，寬度值保持不變，直至找到像素值不為0的點。

便得到了方塊的下頂點坐標。

# 跳過小白圈,然后遍歷
y_bottom = y_top + 80
for row in range(y_bottom, H):
  if canny_img[row, x_top] != 0:
    y_bottom = row
    break
# 得到方塊的中心點
x_center, y_center = x_top, (y_top + y_bottom) // 2
# 繪制以方塊中心點為圓心的圓
cv2.circle(canny_img, (x_center, y_center), 33, (255, 0, 255), 2)
# 顯示得到的圖像
cv2.namedWindow('result', 0)
cv2.resizeWindow('result', 400, 600)
cv2.imshow('result', canny_img)
# 結束
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

最后通過上下頂點的坐標，得到方塊的中心點。

左圖為邊緣檢測原圖，右圖為找到方塊中心點并以中心點為圓心繪制圓形的圖像。

/ 02 / 跳動實現

現在結合之前模板匹配獲得到的小跳棋位置，計算兩中心的距離。

勾三股四弦五，便能得到兩個中心的距離了。

看下圖，一目了然。

玩過跳一跳的應該都知道，對于不同的距離，我們需要按壓的時間是不同的。

所以可以給距離和按壓時間設置一個相關參數，此處設置為1.35。

對于我的手機簡直完美匹配(與屏幕大小有關)。

最后通過adb命令完成一定的按壓時間，完成「跳一跳」自動化。

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