opencv项目实践一（答题卡识别）

答题卡素材图片

思路

1. 读入图片，做一些预处理工作。
2. 进行轮廓检测，然后找到该图片最大的轮廓，就是答题卡部分。
3. 进行透视变换，以去除除答题卡外的多于部分，并且可以对答题卡进行校正。
4. 再次检测轮廓，定位每个选项。
5. 对选项圆圈先按照竖坐标排序，再按照行坐标排序，这样就从左到右从上到下的获得了每个选项轮廓。
6. 对每个选项轮廓进行检查，如果某个选项轮廓中的白色点多，说明该选项被选中，否则就是没被选上。 细节部分看过程：

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)

这里做轮廓近似的目的是，之前检测到的轮廓看似是一个多边形，其实本质上是只是点集。

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. 首先获取原图多边形的四个顶点，注意顶点顺序。
2. 然后构造原始顶点矩阵。
3. 计算矩形长宽，构造变换后的目标矩阵。
4. 获取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)

筛选选项轮廓

# 挑选合适的轮廓defcheck(contours):
    ans =[]for i in contours:
        area =float(cv2.contourArea(i))
        length =float(cv2.arcLength(i,True))if area<=0or length<=0:continueif area/length >7.05and 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 inrange(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，
如果白色点所占的比例比较大的话，说明该选项被选中。

defdots_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)**0.5defcount_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 inrange(-radius,radius+1):for j inrange(-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 =0for j in dots:if binary_res[j[1]][j[0]]==255:
            whilt_dots = whilt_dots+1if whilt_dots/all_dots>=0.4:
        da.append(1)else:
        da.append(0)
da = np.array(da)
da = np.reshape(da,(5,5))

这样每个答题卡就转换成了一个二维数组，接下来在做一些简单的收尾工作就可以了。