旋转边界框角度、中心与中点的确定：方法与实践

python

2024-03-14 16:24:01

旋转边界框：角度、中心和中点的确定

前言

在计算机视觉中，旋转边界框是一个常用的概念，它了图像中旋转物体的包围矩形。确定旋转边界框的关键参数——角度、中心和中点——对于精确物体检测和分析至关重要。本文将深入探讨旋转边界框的这些属性的计算方法，并提供一个实用的示例代码。

确定旋转角度

旋转角度是旋转边界框的关键属性，它表示矩形相对于水平轴的旋转程度。计算旋转角度的方法有几种，但最常见的方法是使用最小面积矩形。最小面积矩形是包围目标物体的最小矩形，其角度属性提供了旋转角度。

确定中心点

中心点是旋转边界框的中心位置，通常使用图像矩计算。图像矩是图像中像素的加权平均值，能够捕获图像中物体的形状和质心信息。通过计算图像矩，我们可以获得旋转边界框中心点的坐标。

确定中点

中点是旋转边界框对角线上的两个端点之间的中点。对于宽度和高度，我们可以分别计算中点。通过计算对角线顶点的坐标，我们可以获得旋转边界框的宽度和高度中点。

示例代码

为了进一步说明，我们提供一个Python代码示例，用于计算旋转边界框的角度、中心和中点：

import cv2
import numpy as np

def calculate_angle_center_midpoints(image):
    # 图像预处理
    gray = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    blur = cv2.GaussianBlur(gray, (11, 11), 0)
    thresh = cv2.threshold(blur, 0, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV + cv2.THRESH_OTSU)[1]
    erosion = cv2.erode(thresh, kernel=np.ones((11, 11), np.uint8))

    # 查找轮廓
    contours = cv2.findContours(erosion, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
    contours = contours[0] if len(contours) == 2 else contours[1]

    results = []

    for cntr in contours:
        # 计算最小面积矩形
        rect = cv2.minAreaRect(cntr)

        # 计算旋转角度
        angle = rect[2]

        # 计算中心
        M = cv2.moments(contours[0])
        center = (int(M["m10"] / M["m00"]), int(M["m01"] / M["m00"]))

        # 计算中点
        box = cv2.boxPoints(rect)
        box = np.int0(box)
        midupper = (int((box[0][0] + box[1][0]) / 2), int((box[0][1] + box[1][1]) / 2))
        midlower = (int((box[3][0] + box[2][0]) / 2), int((box[3][1] + box[2][1]) / 2))
        midleft = (int((box[0][0] + box[3][0]) / 2), int((box[0][1] + box[3][1]) / 2))
        midright = (int((box[1][0] + box[2][0]) / 2), int((box[1][1] + box[2][1]) / 2))

        # 计算交点
        def line_intersection(line1, line2):
            xdiff = (line1[0][0] - line1[1][0], line2[0][0] - line2[1][0])
            ydiff = (line1[0][1] - line1[1][1], line2[0][1] - line2[1][1])

            def det(a, b):
                return a[0] * b[1] - a[1] * b[0]

            div = det(xdiff, ydiff)
            if div == 0:
                raise Exception('lines do not intersect')

            d = (det(*line1), det(*line2))
            x = det(d, xdiff) / div
            y = det(d, ydiff) / div
            return x, y

        Cx, Cy = line_intersection((midupper, midlower), (midleft, midright))

        results.append({
            "angle": angle,
            "center": center,
            "midupper": midupper,
            "midlower": midlower,
            "midleft": midleft,
            "midright": midright,
            "Cx": Cx,
            "Cy": Cy
        })

    return results