opencv项目实践一（答题卡识别）

答题卡素材图片

想法

1. 读入图像并进行一些预处理。
2. 进行轮廓检测，然后找到图片的最大轮廓，也就是答卷的部分。
3. 进行透视变换，去除答卷以外的多余部分，可以对答卷进行修正。
4. 再次检测轮廓，找到每个选项。
5. 先按照纵坐标，再按照行坐标对选项圈进行排序，这样就得到了从左到右，从上到下的每个选项轮廓。
6. 检查每个选项的轮廓。如果一个选项的轮廓中有很多白点，则该选项被选中，否则不被选中。
   详情见流程：

1、预处理（去噪，灰度，二值化）

img = cv2.imread("1.png",1)
#高斯去噪
img_gs = cv2.GaussianBlur(img,[5,5],0)
# 转灰度
img_gray = cv2.cvtColor(img_gs,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# 自适应二值化
_,binary_img = cv2.threshold(img_gray,0,255,cv2.THRESH_OTSU|cv2.THRESH_BINARY)

注：cv2.THRESH_OTSU|cv2.THRESH_BINARY，该参数指的是自适应阈值+反二值化，做自适应阈值的时候阈值要设置为0

2、轮廓检测

# 找轮廓
contours, hierarchy = cv2.findContours(binary_img,cv2.RETR_EXTERNAL,cv2.CHAIN_APPROX_NONE)
# 按照轮廓的面积从大到小排序
cnts = sorted(contours,key = cv2.contourArea,reverse=True)
# 画轮廓
draw_img = cv2.drawContours(img.copy(),cnts[0],-1,(0,255,255),2)

注：findContours函数，传入的图像应该是二值图像，cv2.RETR_EXTERNAL指的是只检测外部轮廓，cv2.CHAIN_APPROX_NONE指的返回轮廓上的所有点。

# 轮廓近似
# 阈值，一般为轮廓长度的2%
alpha = 0.02*cv2.arcLength(cnts[0],True)
approxCurve = cv2.approxPolyDP(cnts[0],alpha,True)
draw_img = cv2.drawContours(img.copy(),[approxCurve],-1,(255,0,0),2)

这里进行轮廓逼近的目的是，之前检测到的轮廓看起来是一个多边形，但实际上它只是一组点。

cv2.approxPolyDP(contour,epsilon,True)，多边形逼近，第一个参数是点集，第二个参数是精度（原始轮廓的边界点与拟合多边形之间的最大距离），第三个参数指新产生的轮廓是否需要闭合，返回值approxCurve为多边形的点集（按照逆时针排序）。与该函数类似的函数还有cv2.boundingRect（矩形包围框）cv2.minAreaRect（最小包围矩形框），cv2.minEnclosingCircle（最小包围圆形）cv2.filtEllipse（最优拟合椭圆）cv2.filtLine（最优拟合直线），cv2.minEnclosingTriangle（最小外包三角形）

3、透视变换

#透视变换
# 矩形的四个顶点为approxCurve[0][0],approxCurve[1][0],approxCurve[2][0],approxCurve[3][0]
# 分别表示矩形的TL,BL,BR,TR四个点
a1 = list(approxCurve[0][0])
a2 = list(approxCurve[1][0])
a3 = list(approxCurve[2][0])
a4 = list(approxCurve[3][0])
# 原始矩阵
mat1 = np.array([a1,a2,a3,a4],dtype = np.float32)

# 计算矩形的w和h
w1 = int(np.sqrt((a1[0]-a4[0])**2+(a1[1]-a4[1])**2))
w2 = int(np.sqrt((a2[0]-a3[0])**2+(a2[1]-a3[1])**2))
h1 = int(np.sqrt((a1[0]-a2[0])**2+(a1[1]-a2[1])**2))
h2 = int(np.sqrt((a3[0]-a4[0])**2+(a3[1]-a4[1])**2))
w,h=max(w1,w2),max(h1,h2)
# 计算透视变换后的坐标
new_a1 = [0,0]
new_a2 = [0,h]
new_a3 = [w,h]
new_a4 = [w,0]
# 目标矩阵
mat2 = np.array([new_a1,new_a2,new_a3,new_a4],dtype = np.float32)
# 透视变换矩阵
mat = cv2.getPerspectiveTransform(mat1,mat2)
# 进行透视变换
res = cv2.warpPerspective(img,mat,(w,h))
imshow((res))

透视变换的计算步骤：

1. 先得到原多边形的四个顶点，注意顶点顺序。
2. 然后构造原始顶点矩阵。
3. 计算矩形的长和宽，构造变换后的目标矩阵。
4. 获取从原始矩阵到目标矩阵的透视变换矩阵
5. 进行透视变换

4、轮廓检测，检测每个选项

res_gray = cv2.cvtColor(res,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
_,binary_res = cv2.threshold(res_gray,0,255,cv2.THRESH_OTSU|cv2.THRESH_BINARY_INV)
contours = cv2.findContours(binary_res,cv2.RETR_EXTERNAL,cv2.CHAIN_APPROX_NONE)[0]
dst = cv2.drawContours(res.copy(),contours,-1,(0,0,255),1)
imshow(dst)

过滤器选项概述

# 挑选合适的轮廓
def check(contours):
    ans = []
    for i in contours:
        area = float(cv2.contourArea(i))
        length = float(cv2.arcLength(i,True))
        if area<=0 or length<=0:
            continue
        if area/length >7.05 and area/length<10.5:
            ans.append(i)
    return ans
ans_contours = check(contours)
dst_new = cv2.drawContours(res.copy(),ans_contours,-1,(0,255,255),3  )
imshow(dst_new)

5、画轮廓的外接圆，排序，定位每个选项

# 遍历每一个圆形轮廓，画外接圆
circle = []
for i in ans_contours:
    (x,y),r = cv2.minEnclosingCircle(i)
    center = (int(x),int(y))
    r = int(r)
    circle.append((center,r))
# 按照外接圆的水平坐标排序center[1]，也就是圆心的高度h，或者y坐标
circle.sort(key = lambda x:x[0][1])
A = []
for i in range(1,6):
    now = circle[(i-1)*5:i*5]
    now.sort(key = lambda x:x[0][0])
    A.extend(now)

每个选项按照圆心从左到右，从上到下的顺序保存在了A中
6、选项检测
思路：对于A中的每个选项圆，计算它有所覆盖的坐标，然后判断这些坐标在二值图像中对应的值，统计白色点的个数，
如果白点的比例比较大，说明选择了这个选项。

def dots_distance(dot1,dot2):
    #计算二维空间中两个点的距离
    return ((dot1[0]-dot2[0])**2+(dot1[1]-dot2[1])**2)**0.5
def count_dots(center,radius):
    #输入圆的中心点与半径，返回圆内所有的坐标
    dots = []
    for i in range(-radius,radius+1):
        for j in range(-radius,radius+1):
            dot2 = (center[0]+i,center[1]+j)
            if dots_distance(center,dot2) <= radius:
                dots.append(dot2)
    return dots
 
da = []
for i in A:
    dots = count_dots(i[0],i[1])
    all_dots = len(dots)
    whilt_dots = 0
    for j in dots:
        if binary_res[j[1]][j[0]] == 255:
            whilt_dots = whilt_dots+1
    if whilt_dots/all_dots>=0.4:
        da.append(1)
    else:
        da.append(0)
da = np.array(da)
da = np.reshape(da,(5,5))

这样一来，每张答题卡就转换成一个二维数组，然后就可以做一些简单的整理工作了。