《數(shù)字圖像處理-OpenCV/Python》連載（26）繪制橢圓和橢圓弧

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《數(shù)字圖像處理-OpenCV/Python》連載（26）繪制橢圓和橢圓弧

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第 4 章繪圖與鼠標(biāo)交互

本章介紹OpenCV的繪圖功能和簡單的鼠標(biāo)交互處理方法。與Excel或Matplotlib中的可視化數(shù)據(jù)圖不同，OpenCV中的繪圖功能主要用于在圖像的指定位置繪制幾何圖形。

本章內(nèi)容概要

學(xué)習(xí)OpenCV繪圖的基本方法和參數(shù)。
通過學(xué)習(xí)OpenCV繪圖函數(shù)，能在圖像上繪制直線、矩形、圓形和多邊形等，以及在圖像上添加文字和符號。
介紹鼠標(biāo)交互操作方法，通過鼠標(biāo)、鍵盤與顯示圖像的實(shí)時交互獲取數(shù)據(jù)。

4.5　繪制圓形和橢圓

4.5.2　繪制橢圓和橢圓弧

函數(shù)cv.ellipse用于在圖像上繪制橢圓輪廓、填充橢圓、橢圓弧或填充橢圓扇區(qū)。

函數(shù)原型

cv.ellipse(img, center, axes, angle, startAngle, endAngle, color[, thickness=1, lineType=LINE_8, shift=0]) → img
cv.ellipse(img, box, color[, thickness=1, lineType=LINE_8]) → img

參數(shù)說明

img：輸入/輸出圖像，允許為單通道灰度圖像或多通道彩色圖像。
center：橢圓中心點(diǎn)的坐標(biāo)，格式為元組(x,y)。
axes：橢圓半軸長度，格式為元組 (hfirst,hsecond)。
angle：橢圓沿x軸方向的旋轉(zhuǎn)角度（角度制，按順時針方向）。
startAngle：繪制橢圓/圓弧的起始角度。
endAngle：繪制橢圓/圓弧的終止角度。
box：旋轉(zhuǎn)矩形類RotateRect，格式為元組((x,y),(w,h),angle)。

注意問題

（1）橢圓參數(shù)的定義非常復(fù)雜，容易混淆，以下結(jié)合圖4-5所示的橢圓繪制參數(shù)示意圖來解釋。
- axes的值是橢圓主軸長度的一半，而不是主軸長度。第一半軸hfirst指x軸順時針旋轉(zhuǎn)時首先遇到的軸，與長軸或短軸無關(guān)；第二半軸hsecond是與第一半軸垂直的軸。
- startAngle和endAngle都是指從第一半軸開始順時針旋轉(zhuǎn)的角度，起止角度與次序無關(guān)。(0,360)表示繪制整個橢圓，(0,180)表示繪制半個橢圓。

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圖4-5　橢圓繪制參數(shù)示意圖

（2）box是旋轉(zhuǎn)矩形類RotatedRect，由box可確定一個內(nèi)接于box的橢圓。
- 旋轉(zhuǎn)矩形類RotatedRect在Python中是形狀為((x,y),(w,h),angle)的元組，(x,y)表示矩形中心點(diǎn)坐標(biāo)，(w,h)表示矩形的寬和高、angle表示旋轉(zhuǎn)角度，范圍為[-180,180]。
（3）函數(shù)cv.ellipse采用分段線性曲線逼近橢圓弧邊界。如果需要對橢圓進(jìn)行更多控制，可以使用ellipse2Poly檢索曲線后進(jìn)行渲染或填充。

【例程0405】繪制橢圓和橢圓弧

本例程用于繪制橢圓和橢圓弧，注意對照圖4-5理解各個參數(shù)的含義。

# 【0405】繪制橢圓和橢圓弧
import cv2 as cv
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt

if __name__ == '__main__':
    img = np.ones((400, 600, 3), np.uint8)*224
    img1 = img.copy()
    img2 = img.copy()

    # (1) 半軸長度 (haf) 的影響
    cx, cy = 150, 200  # 圓心坐標(biāo)
    angle = 120  # 旋轉(zhuǎn)角度
    startAng, endAng = 0, 360  # 開始角度，結(jié)束角度
    haf = [50, 100, 150, 180]  # 第一軸的半軸長度
    has = 100  # 第二軸的半軸長度
    for i in range(len(haf)):
        color = (i*50, i*50, 255-i*50)
        cv.ellipse(img1, (cx,cy), (haf[i],has), angle, startAng, endAng, color, 2)
        angPi = angle * np.pi / 180  # 轉(zhuǎn)換為弧度制，便于計算坐標(biāo)
        xe = int(cx + haf[i]*np.cos(angPi))
        ye = int(cy + haf[i]*np.sin(angPi))
        cv.circle(img1, (xe,ye), 2, color, -1)
        cv.arrowedLine(img1, (cx,cy), (xe,ye), color)  # 從圓心指向第一軸端點(diǎn)
        text = "haF={}".format(haf[i])
        cv.putText(img1, text, (xe+5,ye), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, color)
    # 繪制第二軸
    xe = int(cx + has*np.sin(angPi))  # 計算第二軸端點(diǎn)坐標(biāo)
    ye = int(cy - has*np.cos(angPi))
    cv.arrowedLine(img1, (cx, cy), (xe, ye), color)  # 從圓心指向第二軸端點(diǎn)
    text = "haS={}".format(has)
    cv.putText(img1, text, (xe-80, ye+30), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, color)

    # (2) 旋轉(zhuǎn)角度 (angle) 的影響
    cx, cy = 420, 180  # 圓心坐標(biāo)
    haf, has = 120, 60  # 半軸長度
    startAng, endAng = 0,360  # 開始角度，結(jié)束角度
    angle = [0, 30, 60, 135]  # 旋轉(zhuǎn)角度
    for i in range(len(angle)):
        color = (i*50, i*50, 255-i*50)
        cv.ellipse(img1, (cx,cy), (haf,has), angle[i], startAng, endAng, color, 2)
        angPi = angle[i] * np.pi / 180  # 轉(zhuǎn)換為弧度制，便于計算坐標(biāo)
        xe = int(cx + haf*np.cos(angPi))
        ye = int(cy + haf*np.sin(angPi))
        cv.circle(img1, (xe,ye), 2, color, -1)
        cv.arrowedLine(img1, (cx,cy), (xe,ye), color)  # 從圓心指向第一軸端點(diǎn)
        text = "rot {}".format(angle[i])
        cv.putText(img1, text, (xe+5,ye), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, color)

    # (3) 起始角度 (startAngle) 的影響 I
    cx, cy = 60, 80  # 圓心坐標(biāo)
    haf, has = 45, 30  # 半軸長度
    angle = 0  # 旋轉(zhuǎn)角度
    endAng = 360  # 結(jié)束角度
    startAng = [0, 45, 90, 180]  # 開始角度
    for i in range(len(startAng)):
        color = (i*20, i*20, 255-i*20)
        cyi = cy+i*90
        cv.ellipse(img2, (cx,cyi), (haf,has), angle, startAng[i], endAng, color, 2)
        angPi = angle * np.pi / 180  # 轉(zhuǎn)換為弧度制，便于計算坐標(biāo)
        xe = int(cx + haf*np.cos(angPi))
        ye = int(cyi + haf*np.sin(angPi))
        cv.arrowedLine(img2, (cx,cyi), (xe,ye), 255)  # 從圓心指向第一軸端點(diǎn)
        text = "start {}".format(startAng[i])
        cv.putText(img2, text, (cx-40,cyi), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, color)
    text = "end={}".format(endAng)
    cv.putText(img2, text, (10, cy-50), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, 255)

    # (4) 起始角度 (startAngle) 的影響 II
    cx, cy = 180, 80  # 圓心坐標(biāo)
    haf, has = 45, 30  # 半軸長度
    angle = 30  # 旋轉(zhuǎn)角度
    endAng = 360  # 結(jié)束角度
    startAng = [0, 45, 90, 180]  # 開始角度
    for i in range(len(startAng)):
        color = (i*20, i*20, 255-i*20)
        cyi = cy+i*90
        cv.ellipse(img2, (cx,cyi), (haf,has), angle, startAng[i], endAng, color, 2)
        angPi = angle * np.pi / 180  # 轉(zhuǎn)換為弧度制，便于計算坐標(biāo)
        xe = int(cx + haf*np.cos(angPi))
        ye = int(cyi + haf*np.sin(angPi))
        cv.arrowedLine(img2, (cx,cyi), (xe,ye), 255)  # 從圓心指向第一軸端點(diǎn)
        text = "start {}".format(startAng[i])
        cv.putText(img2, text, (cx-40,cyi), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, color)
    text = "end={}".format(endAng)
    cv.putText(img2, text, (150,cy-50), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, 255)

    # (5) 結(jié)束角度 (endAngle) 的影響 I
    cx, cy = 300, 80  # 圓心坐標(biāo)
    haf, has = 45, 30  # 半軸長度
    angle = 0  # 旋轉(zhuǎn)角度
    startAng = 0  # 開始角度
    endAng = [45, 90, 180, 360]  # 結(jié)束角度
    for i in range(len(endAng)):
        color = (i*20, i*20, 255-i*20)
        cyi = cy+i*90
        cv.ellipse(img2, (cx,cyi), (haf,has), angle, startAng, endAng[i], color, 2)
        angPi = angle * np.pi / 180  # 轉(zhuǎn)換為弧度制，便于計算坐標(biāo)
        xe = int(cx + haf*np.cos(angPi))
        ye = int(cyi + haf*np.sin(angPi))
        cv.arrowedLine(img2, (cx,cyi), (xe,ye), 255)  # 從圓心指向第一軸端點(diǎn)
        text = "end {}".format(endAng[i])
        cv.putText(img2, text, (cx-40,cyi), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, color)
    text = "start={}".format(startAng)
    cv.putText(img2, text, (250,cy-50), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, 255)

    # (6) 結(jié)束角度 (endAngle) 的影響 II
    cx, cy = 420, 80  # 圓心坐標(biāo)
    haf, has = 45, 30  # 半軸長度
    angle = 30  # 旋轉(zhuǎn)角度
    startAng = 45  # 開始角度
    endAng = [30, 90, 180, 360]  # 結(jié)束角度
    for i in range(len(endAng)):
        color = (i*20, i*20, 255-i*20)
        cyi = cy+i*90
        cv.ellipse(img2, (cx,cyi), (haf,has), angle, startAng, endAng[i], color, 2)
        angPi = angle * np.pi / 180  # 轉(zhuǎn)換為弧度制，便于計算坐標(biāo)
        xe = int(cx + haf*np.cos(angPi))
        ye = int(cyi + haf*np.sin(angPi))
        cv.arrowedLine(img2, (cx,cyi), (xe,ye), 255)  # 從圓心指向第一軸端點(diǎn)
        text = "end {}".format(endAng[i])
        cv.putText(img2, text, (cx-40,cyi), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, color)
    text = "start={}".format(startAng)
    cv.putText(img2, text, (370,cy-50), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, 255)

    # (7) 起始角度和結(jié)束角度的影響
    cx, cy = 540, 80  # 圓心坐標(biāo)
    haf, has = 40, 30  # 半軸長度
    angle = 30  # 旋轉(zhuǎn)角度
    startAng = [0, 0, 180, 180 ]  # 開始角度
    endAng = [90, 180, 270, 360]  # 結(jié)束角度
    for i in range(len(endAng)):
        color = (i*20, i*20, 255-i*20)
        cyi = cy+i*90
        cv.ellipse(img2, (cx,cyi), (haf,has), angle, startAng[i], endAng[i], color, 2)
        angPi = angle * np.pi / 180  # 轉(zhuǎn)換為弧度制，便于計算坐標(biāo)
        xe = int(cx + haf*np.cos(angPi))
        ye = int(cyi + haf*np.sin(angPi))
        cv.arrowedLine(img2, (cx,cyi), (xe,ye), 255)  # 從圓心指向第一軸端點(diǎn)
        text = "start {}".format(startAng[i])
        cv.putText(img2, text, (cx-40,cyi-20), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, color)
        text = "end {}".format(endAng[i])
        cv.putText(img2, text, (cx-40,cyi), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, color)
    text = "rotate={}".format(angle)
    cv.putText(img2, text, (490,cy-50), cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.6, 255)

    plt.figure(figsize=(9, 3.5))
    plt.subplot(121), plt.title("1. Ellipse1"), plt.axis('off')
    plt.imshow(cv.cvtColor(img1, cv.COLOR_BGR2RGB))
    plt.subplot(122), plt.title("2. Ellipse2"), plt.axis('off')
    plt.imshow(cv.cvtColor(img2, cv.COLOR_BGR2RGB))
    plt.tight_layout()
    plt.show()

程序說明：
運(yùn)行結(jié)果，繪制橢圓和橢圓弧如圖4-6所示。
（1）圖4-6(1)的左側(cè)圖形用于比較半軸長度的影響，表明第一半軸hfirst與長軸或短軸無關(guān)，而是取決于橢圓的旋轉(zhuǎn)方向。
（2）圖4-6(1)的右側(cè)圖形用于比較旋轉(zhuǎn)角度的影響，旋轉(zhuǎn)角度是指沿x軸方向順時針旋轉(zhuǎn)的角度。
（3）起始角度和結(jié)束角度的定義及關(guān)系比較復(fù)雜，圖4-6(2)給出了詳細(xì)示例，請對照程序注釋與顯示圖像進(jìn)行比較和理解。

圖4-6　繪制橢圓和橢圓弧

版權(quán)聲明：
youcans@xupt 原創(chuàng)作品，轉(zhuǎn)載必須標(biāo)注原文鏈接：(https://blog.csdn.net/youcans/article/details/134014737)
Copyright 2023 youcans, XUPT
Crated：2023-10-24

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《數(shù)字圖像處理-OpenCV/Python》連載: https://blog.csdn.net/youcans/category_12418787.html文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-734586.html

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