Python，轮廓中轴线，中轴线垂线

Question

利用Python将二值图中目标轮廓进行处理将轮廓细化成骨架线，并将骨架线作为目标轮廓中轴线，绘制在目标轮廓内，如图；

然后在中轴线垂直方向再绘制中轴线垂线，画一定数量条中轴线垂线。如图；

Answer 1

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问题分析： 本题要求利用Python将二值图中目标轮廓进行处理，将轮廓细化成骨架线，并将骨架线作为目标轮廓中轴线，绘制在目标轮廓内。接着在中轴线垂直方向再绘制一定数量条中轴线垂线。 解决方案：

• 利用OpenCV库中的findContours函数获取轮廓。
• 利用OpenCV库中的morphologyEx函数将轮廓细化成骨架线，具体方法为开运算、膨胀、减去原图，然后将结果二值化即可得到骨架线。
• 利用OpenCV库中的drawContours函数将目标轮廓及其中轴线绘制出来。
• 计算中轴线的控制点，然后绘制垂线。 代码实现如下：

import cv2
import numpy as np
# 读取图片
img = cv2.imread('image_path', 0)
# 获取轮廓
_, thresh = cv2.threshold(img, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY)
contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_NONE)
cnt = contours[0]
# 获取骨架线
kernel = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_CROSS, (3, 3))
skel = np.zeros(thresh.shape, np.uint8)
while cv2.countNonZero(thresh) > 0:
    eroded = cv2.erode(thresh, kernel)
    temp = cv2.dilate(eroded, kernel)
    temp = cv2.subtract(thresh, temp)
    skel = cv2.bitwise_or(skel, temp)
    thresh = eroded.copy()
# 获取控制点
def get_control_points(contour):
    M = cv2.moments(contour)
    cX, cY = int(M['m10'] / M['m00']), int(M['m01'] / M['m00'])
    distances = []
    for point in contour:
        x, y = point[0]
        distance = np.sqrt((x - cX) ** 2 + (y - cY) ** 2)
        distances.append(distance)
    median_distance = np.median(distances)
    control_points = []
    for point in contour:
        x, y = point[0]
        distance = np.sqrt((x - cX) ** 2 + (y - cY) ** 2)
        if distance < median_distance:
            control_points.append((x, y))
    return control_points
# 获取中轴线
control_points = get_control_points(cnt)
mid_points = [(control_points[i] + control_points[i+1]) // 2 for i in range(len(control_points) - 1)]
mid_points.append((control_points[-1] + control_points[0]) // 2)
# 绘制目标轮廓及其中轴线
img_contour = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_GRAY2BGR)
cv2.drawContours(img_contour, [cnt], -1, (0, 0, 255), 2)
cv2.polylines(img_contour, [np.array(control_points)], False, (255, 0, 0), 2)
cv2.imshow('contour with skeleton', img_contour)
# 绘制中轴线垂线
img_mid_points = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_GRAY2BGR)
for point in mid_points:
    x, y = point
    cv2.line(img_mid_points, (x, y), (x, y + 50), (0, 255, 0), 2)
cv2.imshow('mid points', img_mid_points)
cv2.waitKey(0)

参考资料： 1. OpenCV中的轮廓：https://docs.opencv.org/master/dd/d49/tutorial_py_contour_features.html 2. OpenCV中的形态学：https://docs.opencv.org/2.4/modules/imgproc/doc/filtering.html?highlight=morphologyex#cv2.morphologyEx 3. OpenCV中的绘图函数：https://docs.opencv.org/master/d6/d6e/group__imgproc__draw.html 4. 中轴线的计算方法：https://blog.csdn.net/weixin_43218314/article/details/86717744