OpenCV实现直线拟合

2023年5月25日上午8:22 • 人工智能概论

下面我会详细讲解“OpenCV实现直线拟合”的完整攻略。

1. 引言

OpenCV是一个流行的计算机视觉库，它提供了一些基础的函数和工具，可以用于图像处理、图像分析和计算机视觉应用开发。其中，直线拟合是计算机视觉领域中的一个重要问题，也是OpenCV中的一个基础功能。

2. 直线拟合的算法原理

直线拟合是指找到最佳拟合线，使得其在样本点上的误差最小化。OpenCV提供了三种直线拟合算法：

最小二乘法拟合：使用数学最小二乘法来求解。
基于RANdom SAmple Consensus（RANSAC）的拟合：随机从样本中选择局部样本来计算模型参数，然后统计局部样本的误差，最后得到最佳拟合模型。
基于几何投影的拟合：将点到直线的距离定义为误差，通过计算所有点到直线的距离之和来检查拟合线的正确性。

3. OpenCV实现直线拟合的方法

使用OpenCV中的函数fitLine()可以实现直线拟合，具体方法如下：

void cv::fitLine(InputArray points, OutputArray line, int distType, double param, double reps, double aeps);

其中：

points是一个输入数组，包含拟合直线所用的点集。
line是一个输出数组，包含估计的拟合参数结果。
distType是计算点到直线距离的方法，可以是CV_DIST_L2或CV_DIST_L1。
param是RANSAC算法和基于几何投影算法所需的额外参数。
reps、aeps是RANSAC算法所需的阈值参数。

4. 示例说明

接下来，我将以两个例子来说明如何使用OpenCV实现直线拟合。

示例一：使用OpenCV拟合直线

我们使用随机生成的数据点来训练模型并绘制结果图像。代码示例如下：

import cv2
import numpy as np
import random

# 随机生成一些点
x = np.array([random.randint(0, 800) for i in range(20)])
y = np.array([random.randint(0, 600) for i in range(20)])
points = np.vstack((x, y)).transpose()

# 使用OpenCV拟合直线
[vx, vy, cx, cy] = cv2.fitLine(points, cv2.DIST_L2, 0, 0.01, 0.01)

# 根据拟合结果绘制直线
rows, cols = (600, 800)
lefty = int((-cx*vy/vx) + cy)
righty = int(((cols-cx)*vy/vx)+cy)
cv2.line(img, (cols-1, righty), (0, lefty), (0, 255, 0), 2)

# 绘制原始数据点
for p in points:
    cv2.circle(img, (p[0], p[1]), 2, (0, 0, 255), -1)

# 显示结果图像
cv2.imshow("line fitting", img)
cv2.waitKey(0)

代码解释：

随机生成了20个坐标在[0,800] × [0,600]范围内的点。
使用fitLine()函数估计直线拟合参数vx、vy、cx、cy。
使用估计参数计算左右临界点，并使用line()函数绘制直线。
绘制原始数据点和直线。
显示结果图像。

示例二:使用RANSAC方法拟合直线

我们使用随机生成的数据点来训练模型，并使用RANSAC算法来进行直线拟合。代码示例如下：

import cv2
import numpy as np
import random

# 随机生成一些点
x = np.array([random.randint(0, 800) for i in range(20)])
y = np.array([random.randint(0, 600) for i in range(20)])
points = np.vstack((x, y)).astype(np.float32).T

# 使用RANSAC算法拟合直线
line = cv2.fitLine(points, cv2.DIST_L2, 0, 0.01, 0.01)

# 将拟合参数转换成方程
k = line[1] / line[0]
b = line[3] - k * line[2]

# 绘制原始数据点
img = np.zeros((600, 800, 3))
for p in points:
    cv2.circle(img, (int(p[0]), int(p[1])), 2, (0, 0, 255), -1)

# 绘制拟合直线
for i in range(len(points)):
    x = points[i][0]
    y = k * x + b
    cv2.circle(img, (int(x), int(y)), 2, (0, 255, 0), -1)
cv2.imshow('RANSAC line fitting', img)
cv2.waitKey(0)

代码解释：