opencv 實現(xiàn)對攝像頭輸入圖像中文件及證件等的實時跟蹤贱纠,四邊形檢測及提取

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本文轉(zhuǎn)載內(nèi)容霞玄,修改了一些運行期間遇到的錯誤,可以直接拷貝致自己Xcode項目運行拉岁。

最近有個需求:拍攝證件或紙質(zhì)文件上傳時坷剧,需要自動將拍攝背景去除,只保留證件或文件那部分的圖像喊暖。

先來一張效果圖 :


opencvs.png
#pragma mark public
+(UIImage*)bridge_getRectDetectImage:(UIImage*)resImg {
    
    Mat res_mat, dst_mat;
    UIImageToMat(resImg, res_mat);
    
    Mat rec_mat = rectDetectWithCorners(res_mat);
    
    UIImage *dstImg = MatToUIImage(rec_mat);
    return dstImg;
}
+(UIImage*)bridge_realTimeRectDetection:(UIImage*)resImg {
    
    Mat res_mat;
    UIImageToMat(resImg, res_mat);
    
    processImage(res_mat);
    
    UIImage *dstImg = MatToUIImage(res_mat);
    return dstImg;
}

#pragma mark private
Mat rectDetectWithCorners(Mat &res_mat) {

    vector<cv::Point> corners;
    corners = processImage(res_mat);

    //根據(jù)四邊形的四個頂點惫企,提取目標圖像
    //對頂點順時針排序
    vector<cv::Point2f> corners_tmp;
    for (int i = 0; i < corners.size(); i++)
    {
        cv::Point p = corners[i];
        cv::Point2f p_tmp = Point2f(p.x, p.y);
        corners_tmp.push_back(p_tmp);
    }
    //排序
    sortCorners(corners_tmp);
    //
    corners.clear();
    for (int i = 0; i < corners_tmp.size(); i++)
    {
        cv::Point2f p = corners_tmp[i];
        cv::Point p_tmp = cv::Point(p.x, p.y);
        corners.push_back(p_tmp);
    }

    //計算目標圖像的尺寸
    cv::Point2f p0 = corners[0];
    cv::Point2f p1 = corners[1];
    cv::Point2f p2 = corners[2];
    cv::Point2f p3 = corners[3];
    float space0 = getSpacePointToPoint(p0, p1);
    float space1 = getSpacePointToPoint(p1, p2);
    float space2 = getSpacePointToPoint(p2, p3);
    float space3 = getSpacePointToPoint(p3, p0);

    float width = space1 > space3 ? space1 : space3;
    float height = space0 > space2 ? space0 : space2;

    cv::Mat quad = cv::Mat::zeros(height * 3, width * 3, CV_8UC3);
    std::vector<cv::Point2f> quad_pts;
    quad_pts.push_back(cv::Point2f(0, quad.rows));
    quad_pts.push_back(cv::Point2f(0, 0));
    quad_pts.push_back(cv::Point2f(quad.cols, 0));
    quad_pts.push_back(cv::Point2f(quad.cols, quad.rows));

    //提取圖像
    cv::Mat transmtx = cv::getPerspectiveTransform(corners_tmp , quad_pts);
    cv::warpPerspective(res_mat, quad, transmtx, quad.size());

    /*
      最后可以利用 拉普拉斯算子可以增強局部的圖像對比度,是圖像更清晰
    */
    //拉普拉斯算子增強對比度
    Mat imageMat;
    Mat kernel = (Mat_<float>(3,3) << 0, -1, 0,  -1, 5, -1, 0, -1, 0);
    filter2D(quad, imageMat, quad.depth(), kernel);
    //Mat --> UIImage
    //UIImage *dstImage = MatToUIImage(imageMat);
    return imageMat;
}

vector<cv::Point> processImage(Mat &res_mat) //, vector<cv::Point> &cornors1
{
    Mat src_gray, filtered, edges, dilated_edges;
    vector<cv::Point> cornors1;
    
    //獲取灰度圖像
    cvtColor(res_mat, src_gray, COLOR_BGR2GRAY);
    //濾波陵叽,模糊處理狞尔,消除某些背景干擾信息
    blur(src_gray, filtered, cv::Size(3, 3));
    //腐蝕操作,消除某些背景干擾信息
    erode(filtered, filtered, Mat(),cv::Point(-1, -1), 3, 1, 1);
    
    int thresh = 35;
    //邊緣檢測
    Canny(filtered, edges, thresh, thresh*3, 3);
    //膨脹操作巩掺,盡量使邊緣閉合
    dilate(edges, dilated_edges, Mat(), cv::Point(-1, -1), 3, 1, 1);
    
    vector<vector<cv::Point> > contours, squares, hulls;
    //尋找邊框
    findContours(dilated_edges, contours, RETR_LIST, CHAIN_APPROX_SIMPLE);
    
    vector<cv::Point> hull, approx;
    for (size_t i = 0; i < contours.size(); i++)
    {
        //邊框的凸包
        convexHull(contours[i], hull);
        //多邊形擬合凸包邊框(此時的擬合的精度較低)
        approxPolyDP(Mat(hull), approx, arcLength(Mat(hull), true)*0.02, true); //approx
        //篩選出面積大于某一閾值的偏序,且四邊形的各個角度都接近直角的凸四邊形
        if (approx.size() == 4 && fabs(contourArea(Mat(approx))) > 40000 &&
            isContourConvex(Mat(approx)))
        {
            double maxCosine = 0;
            for (int j = 2; j < 5; j++)
            {
                double cosine = fabs(getAngle(approx[j%4], approx[j-2], approx[j-1]));
                maxCosine = MAX(maxCosine, cosine);
            }
            //角度大概72度
            if (maxCosine < 0.3) {
                squares.push_back(approx);
                hulls.push_back(hull);
            }
        }
    }
    
    vector<cv::Point> largest_square;
    //找出外接矩形最大的四邊形
    int idex = findLargestSquare(squares, largest_square);
    if (largest_square.size() == 0 || idex == -1) return cornors1;
    
    //找到這個最大的四邊形對應的凸邊框,再次進行多邊形擬合胖替,此次精度較高研儒,擬合的結(jié)果可能是大于4條邊的多邊形
    //接下來的操作,主要是為了解決刊殉,證件有圓角時檢測到的四個頂點的連線會有切邊的問題
    hull = hulls[idex];
    approxPolyDP(Mat(hull), approx, 3, true);
    vector<cv::Point> newApprox;
    double maxL = arcLength(Mat(approx), true)*0.02;
    //找到高精度擬合時得到的頂點中 距離小于 低精度擬合得到的四個頂點 maxL的頂點殉摔,排除部分頂點的干擾
    for (cv::Point p : approx)
    {
        if (!(getSpacePointToPoint(p, largest_square[0]) > maxL &&
              getSpacePointToPoint(p, largest_square[1]) > maxL &&
              getSpacePointToPoint(p, largest_square[2]) > maxL &&
              getSpacePointToPoint(p, largest_square[3]) > maxL))
        {
            newApprox.push_back(p);
        }
    }
    //找到剩余頂點連線中,邊長大于 2 * maxL的四條邊作為四邊形物體的四條邊
    vector<Vec4i> lines;
    for (int i = 0; i < newApprox.size(); i++)
    {
        cv::Point p1 = newApprox[i];
        cv::Point p2 = newApprox[(i+1)%newApprox.size()];
        if (getSpacePointToPoint(p1, p2) > 2 * maxL)
        {
            lines.push_back(Vec4i(p1.x, p1.y, p2.x,p2.y));
        }
    }
    
    //計算出這四條邊中 相鄰兩條邊的交點记焊,即物體的四個頂點
    //vector<cv::Point> cornors1;
    for (int i = 0; i < lines.size(); i++)
    {
        cv::Point cornor = computeIntersect(lines[i],lines[(i+1)%lines.size()]);
        cornors1.push_back(cornor);
    }
    //繪制出四條邊
    for (int i = 0; i < cornors1.size(); i++)
    {
        line(res_mat, cornors1[i], cornors1[(i+1)%cornors1.size()], Scalar(0,0,255), 5);
    }
    return cornors1;
}

//相關自定義函數(shù):
#pragma mark =========== 尋找最大邊框 ===========
int findLargestSquare(const vector<vector<cv::Point> >& squares, vector<cv::Point>& biggest_square)
{
    if (!squares.size()) return -1;
    
    int max_width = 0;
    int max_height = 0;
    int max_square_idx = 0;
    for (int i = 0; i < squares.size(); i++)
    {
        cv::Rect rectangle = boundingRect(Mat(squares[i]));
        if ((rectangle.width >= max_width) && (rectangle.height >= max_height))
        {
            max_width = rectangle.width;
            max_height = rectangle.height;
            max_square_idx = i;
        }
    }
    biggest_square = squares[max_square_idx];
    return max_square_idx;
}

/**
 根據(jù)三個點計算中間那個點的夾角   pt1 pt0 pt2
 */
double getAngle(cv::Point pt1, cv::Point pt2, cv::Point pt0)
{
    double dx1 = pt1.x - pt0.x;
    double dy1 = pt1.y - pt0.y;
    double dx2 = pt2.x - pt0.x;
    double dy2 = pt2.y - pt0.y;
    return (dx1*dx2 + dy1*dy2)/sqrt((dx1*dx1 + dy1*dy1)*(dx2*dx2 + dy2*dy2) + 1e-10);
}

/**
 點到點的距離
 
 @param p1 點1
 @param p2 點2
 @return 距離
 */
double getSpacePointToPoint(cv::Point p1, cv::Point p2)
{
    int a = p1.x-p2.x;
    int b = p1.y-p2.y;
    return sqrt(a * a + b * b);
}

/**
 兩直線的交點
 
 @param a 線段1
 @param b 線段2
 @return 交點
 */
cv::Point2f computeIntersect(cv::Vec4i a, cv::Vec4i b)
{
    int x1 = a[0], y1 = a[1], x2 = a[2], y2 = a[3], x3 = b[0], y3 = b[1], x4 = b[2], y4 = b[3];
    
    if (float d = ((float)(x1 - x2) * (y3 - y4)) - ((y1 - y2) * (x3 - x4)))
    {
        cv::Point2f pt;
        pt.x = ((x1 * y2 - y1 * x2) * (x3 - x4) - (x1 - x2) * (x3 * y4 - y3 * x4)) / d;
        pt.y = ((x1 * y2 - y1 * x2) * (y3 - y4) - (y1 - y2) * (x3 * y4 - y3 * x4)) / d;
        return pt;
    }
    else
        return cv::Point2f(-1, -1);
}

/**
 對多個點按順時針排序
 
 @param corners 點的集合
 */
void sortCorners(std::vector<cv::Point2f>& corners)
{
    if (corners.size() == 0) return;
    //先延 X軸排列
    cv::Point pl = corners[0];
    int index = 0;
    for (int i = 1; i < corners.size(); i++)
    {
        cv::Point point = corners[i];
        if (pl.x > point.x)
        {
            pl = point;
            index = i;
        }
    }
    corners[index] = corners[0];
    corners[0] = pl;
    
    cv::Point lp = corners[0];
    for (int i = 1; i < corners.size(); i++)
    {
        for (int j = i+1; j<corners.size(); j++)
        {
            cv::Point point1 = corners[i];
            cv::Point point2 = corners[j];
            if ((point1.y-lp.y*1.0)/(point1.x-lp.x)>(point2.y-lp.y*1.0)/(point2.x-lp.x))
            {
                cv::Point temp = point1;
                corners[i] = corners[j];
                corners[j] = temp;
            }
        }
    }
}
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