OpenCV C++案例实战二十七《角度测量》

OpenCV C++案例实战二十七《角度测量》

前言

本案例通过使用OpenCV中的鼠标点击事件进行物体角度测量。以鼠标点击三点确定一个角度。第一个点：即为需要测量角度所在位置点（中心点），第二、三点确定角度。

一、鼠标响应事件

原图如图所示：

首先第一步，利用鼠标响应事件进行取点操作。OpenCV中的setMouseCallback可以完成此操作。参数也比较简单。

voidsetMouseCallback(const String& winname,//窗口名称
    MouseCallback onMouse,//响应回调函数void* userdata =0//用户传入数据，可选);

1.1功能源码

具体请看源码实现

//利用鼠标响应事件进行取点voidDrawCircle(int event,int x,int y,int flags,void* userdata){//鼠标左键点击，记录并绘制圆点/*
        鼠标点击三点确定一个角度。第一个点：即为需要测量角度所在位置点（中心点）；第二、三个点：确定角度
    */

    Mat canvas =*((Mat*)userdata);//传入图像if(event == EVENT_LBUTTONDOWN){if(x >0&& y >0){
            point.x = x;//当鼠标左键点击时，记录鼠标点击位置
            point.y = y;}}if(event == EVENT_LBUTTONUP){//当鼠标左键抬起时，保存鼠标点击坐标位置
        clickcount++;//点击次数+1
        myPoints.push_back(point);circle(canvas, point,5,Scalar(0,0,255),-1);//绘制点putText(canvas,to_string(clickcount),Point(point.x-10,point.y-10), FONT_HERSHEY_SIMPLEX,1,Scalar(0,0,255),3);imshow("Demo", canvas);}}

1.2功能效果

二、计算直线角度

2.1 计算直线斜率

根据直线起始点计算直线斜率。k=(y2-y1) / (x2-x1)

//计算直线斜率doublegradient(Point2f pt1, Point2f pt2){if(pt1.x == pt2.x){return9999999.9;//斜率不存在}else{return(pt2.y - pt1.y)/(pt2.x - pt1.x);}}

根据传入的三个点，我们可以分别计算出两条直线的斜率，分别是k1，k2。

2.2计算直线角度

两直线角度公式如下：tanθ=|（k1-k2）/ (1+k1*k2) |

此时，我们计算出来的θ还是弧度，我们需要把它转为角度制。

弧度与角度转换公式为：

1° = π / 180 ≈ 0.01745 rad
1 rad = 180 / π = 57.30°

所以我们最终的角度为： Angle = θ*180 / π

2.3功能源码

//计算两直线所成角度doublegetAngle(vector<Point2f>myPoints, Point2f &ArcCenter, Point2f &StartPoint, Point2f &EndPoint){
    ArcCenter = myPoints[0];//中心点，确定需要测量哪个角
    StartPoint = myPoints[1];//起点
    EndPoint = myPoints[2];//终点//两直线斜率double k1 =gradient(StartPoint, ArcCenter);double k2 =gradient(EndPoint, ArcCenter);//弧度double theta =atan(abs((k2 - k1)/(1+ k1 * k2)));//角度double Angle = theta *180/ CV_PI;return Angle;}

三、绘制圆弧

至此我们已经完成了取点、角度计算工作。为了效果显示，这里，我们将三点形成的角度用圆弧绘制出来。

这里我贴出某点绕原点旋转θ角度后坐标位置推到过程。

类似的，我们可以推导出，平面中某一点绕任意点旋转θ角度后坐标

平面中，一点（x，y）绕任意点（dx，dy）逆时针旋转θ角度后坐标位置：
x1 = dx + (x-dx)cos(θ) - (y-dy)sin(θ)
y1 = dy + (x-dx)sin(θ) + (y-dy)cos(θ)

平面中，一点（x，y）绕任意点（dx，dy）顺时针旋转θ角度后坐标位置：
x1 = dx + (x-dx)cos(-θ) - (y-dy) sin(-θ)
y1 = dy + (x-dx)sin(-θ) + (y-dy)cos(-θ)

3.1功能源码

//绘制圆弧voidDrawArc(Mat src, Point2f& ArcCenter, Point2f& StartPoint, Point2f& EndPoint,double&angle){double Angle1 =atan2((StartPoint.y - ArcCenter.y),(StartPoint.x - ArcCenter.x));//起始弧度double Angle2 =atan2((EndPoint.y - ArcCenter.y),(EndPoint.x - ArcCenter.x));//终止弧度double Angle = Angle2 - Angle1;//总弧度
    Angle = Angle *180.0/ CV_PI;//弧度转角度if(Angle <0) Angle =360+ Angle;if(Angle ==0) Angle =360;int  ArcLength =floor(Angle /1);// 向下取整
    
    vector<Point2f> ArcPoints;//取出所有圆弧上的点for(int i =0; i < ArcLength; i++){//每隔一度取一个点double SinTheta =sin(i * CV_PI /180);double CosTheta =cos(i * CV_PI /180);double x = ArcCenter.x + CosTheta *(StartPoint.x - ArcCenter.x)- SinTheta *(StartPoint.y - ArcCenter.y);double y = ArcCenter.y + SinTheta *(StartPoint.x - ArcCenter.x)+ CosTheta *(StartPoint.y - ArcCenter.y);
        ArcPoints.push_back(Point2f(x, y));}//绘制圆弧for(int i =0; i < ArcPoints.size()-1; i++){line(src,Point(ArcPoints[i]),Point(ArcPoints[(i +1)]),Scalar(0,255,0),2);}line(src,Point(ArcCenter),Point(StartPoint),Scalar(0,255,0),2);line(src,Point(ArcCenter),Point(EndPoint),Scalar(0,255,0),2);putText(src,to_string(angle), EndPoint, FONT_HERSHEY_SIMPLEX,1,Scalar(0,255,0),2);}

四、结果显示

五、源码

具体功能实现请看源码，有不清楚的地方可私信我。。

#include<iostream>#include<opencv2/opencv.hpp>#include<math.h>usingnamespace std;usingnamespace cv;

Point2f point(-1,-1);//初始化鼠标点击坐标
vector<Point2f>myPoints;//将鼠标点击到的坐标存入vector，作为全局变量int clickcount =0;//记录鼠标点击次数//利用鼠标响应事件进行取点voidDrawCircle(int event,int x,int y,int flags,void* userdata){//鼠标左键点击，记录并绘制圆点/*
        鼠标点击三点确定一个角度。第一个点：即为需要测量角度所在位置点（中心点）；第二、三个点：确定角度
    */

    Mat canvas =*((Mat*)userdata);//传入图像if(event == EVENT_LBUTTONDOWN){if(x >0&& y >0){
            point.x = x;//当鼠标左键点击时，记录鼠标点击位置
            point.y = y;}}if(event == EVENT_LBUTTONUP){//当鼠标左键抬起时，保存鼠标点击坐标位置
        clickcount++;//点击次数+1
        myPoints.push_back(point);circle(canvas, point,5,Scalar(0,0,255),-1);//绘制点putText(canvas,to_string(clickcount),Point(point.x-10,point.y-10), FONT_HERSHEY_SIMPLEX,1,Scalar(0,0,255),3);imshow("Demo", canvas);}}//计算直线斜率doublegradient(Point2f pt1, Point2f pt2){if(pt1.x == pt2.x){return9999999.9;//斜率不存在}else{return(pt2.y - pt1.y)/(pt2.x - pt1.x);}}//计算两直线所成角度doublegetAngle(vector<Point2f>myPoints, Point2f &ArcCenter, Point2f &StartPoint, Point2f &EndPoint){
    ArcCenter = myPoints[0];//中心点，确定需要测量哪个角
    StartPoint = myPoints[1];//起点
    EndPoint = myPoints[2];//终点//两直线斜率double k1 =gradient(StartPoint, ArcCenter);double k2 =gradient(EndPoint, ArcCenter);//弧度double theta =atan(abs((k2 - k1)/(1+ k1 * k2)));//角度double Angle = theta *180.0/ CV_PI;return Angle;}//绘制圆弧voidDrawArc(Mat src, Point2f& ArcCenter, Point2f& StartPoint, Point2f& EndPoint,double&angle){double Angle1 =atan2((StartPoint.y - ArcCenter.y),(StartPoint.x - ArcCenter.x));//起始弧度double Angle2 =atan2((EndPoint.y - ArcCenter.y),(EndPoint.x - ArcCenter.x));//终止弧度double Angle = Angle2 - Angle1;//总弧度
    Angle = Angle *180.0/ CV_PI;//弧度转角度if(Angle <0) Angle =360+ Angle;if(Angle ==0) Angle =360;int  ArcLength =floor(Angle /1);// 向下取整
    
    vector<Point2f> ArcPoints;//取出所有圆弧上的点for(int i =0; i < ArcLength; i++){//每隔一度取一个点double SinTheta =sin(i * CV_PI /180);double CosTheta =cos(i * CV_PI /180);double x = ArcCenter.x + CosTheta *(StartPoint.x - ArcCenter.x)- SinTheta *(StartPoint.y - ArcCenter.y);double y = ArcCenter.y + SinTheta *(StartPoint.x - ArcCenter.x)+ CosTheta *(StartPoint.y - ArcCenter.y);
        ArcPoints.push_back(Point2f(x, y));}//绘制圆弧for(int i =0; i < ArcPoints.size()-1; i++){line(src,Point(ArcPoints[i]),Point(ArcPoints[(i +1)]),Scalar(0,255,0),2);}line(src,Point(ArcCenter),Point(StartPoint),Scalar(0,255,0),2);line(src,Point(ArcCenter),Point(EndPoint),Scalar(0,255,0),2);putText(src,to_string(angle), EndPoint, FONT_HERSHEY_SIMPLEX,1,Scalar(0,255,0),2);}intmain(){
    Mat src =imread("src.jpg");if(src.empty()){
        cout <<"can not read the image..."<< endl;system("pause");return-1;}while(true){imshow("Demo", src);namedWindow("Demo", WINDOW_AUTOSIZE);setMouseCallback("Demo", DrawCircle,&src);if(clickcount ==3){
            Point2f ArcCenter, StartPoint, EndPoint;double Angle =getAngle(myPoints, ArcCenter, StartPoint, EndPoint);DrawArc(src, ArcCenter, StartPoint, EndPoint, Angle);

            myPoints.clear();//当完成一次测量后，重置数据
            clickcount =0;}char key =waitKey(1);if(key =='c'){//按c键则重新加载图像
            src =imread("src.jpg");}elseif(key ==27){//按esc键退出程序break;}}destroyAllWindows();system("pause");return0;}

总结

本文使用OpenCV C++ 进行物体角度测量，主要操作有以下几点。
1、利用鼠标响应事件取点，三点确定一个角度
2、利用两直线角度公式计算直线角度，注意弧度转角度
3、绘制圆弧，便于显示。注意某一点绕任意点旋转θ角度后的坐标计算公式。