检测图像上的硬币（和椭圆形）

Question

我目前正在一个项目中，尝试检测位于平面（即桌子）上的几枚硬币。硬币不会重叠，也不会被其他物体隐藏。但是，可能还有其他物体可见，并且照明条件可能并不完美…基本上，请考虑一下自己拍摄的桌子上放着一些硬币。

因此，每个点都应显示为椭圆形。由于我不知道相机的位置，椭圆的形状可能会有所不同，从圆形（从顶部看）到平坦的椭圆，具体取决于硬币拍摄的角度。

我的问题是我不确定如何提取硬币并最终将椭圆装在硬币上（我正在寻找进行进一步的计算）。

现在，我刚刚通过在OpenCV中设置阈值，使用findContours（）获取轮廓线并拟合椭圆进行了首次尝试。不幸的是，轮廓线很少能给我硬币的形状（反射，光线不足等），而且由于我不想用户设置任何阈值，因此也不优选这种方式。

另一个想法是在该图像上使用椭圆的模板匹配方法，但是由于我既不知道相机的角度也不知道椭圆的大小，所以我认为这不太好…

所以我想问问是否有人可以告诉我一种适用于我的情况的方法。

有没有一种快速的方法可以从图像中提取三个硬币？计算应该在移动设备上实时进行，并且该方法对于不同的或变化的灯光或背景颜色不应太敏感。

如果有人可以给我提示哪种方法适合我的方法，那就太好了。

Answer 1

这是一些实现传统方法（基于OpenCV doco）的C99源代码：

#include "cv.h"
#include "highgui.h"

#include <stdio.h>

#ifndef M_PI
#define M_PI 3.14159265358979323846
#endif

//
// We need this to be high enough to get rid of things that are too small too
// have a definite shape.  Otherwise, they will end up as ellipse false positives.
//
#define MIN_AREA 100.00    
//
// One way to tell if an object is an ellipse is to look at the relationship
// of its area to its dimensions.  If its actual occupied area can be estimated
// using the well-known area formula Area = PI*A*B, then it has a good chance of
// being an ellipse.
//
// This value is the maximum permissible error between actual and estimated area.
//
#define MAX_TOL  100.00

int main( int argc, char** argv )
{
    IplImage* src;
    // the first command line parameter must be file name of binary (black-n-white) image
    if( argc == 2 && (src=cvLoadImage(argv[1], 0))!= 0)
    {
        IplImage* dst  = cvCreateImage( cvGetSize(src), 8, 3 );
        CvMemStorage* storage = cvCreateMemStorage(0);
        CvSeq* contour = 0;    
        cvThreshold( src, src, 1, 255, CV_THRESH_BINARY );
        //
        // Invert the image such that white is foreground, black is background.
        // Dilate to get rid of noise.
        //
        cvXorS(src, cvScalar(255, 0, 0, 0), src, NULL);
        cvDilate(src, src, NULL, 2);    
        cvFindContours( src, storage, &contour, sizeof(CvContour), CV_RETR_CCOMP, CV_CHAIN_APPROX_SIMPLE, cvPoint(0,0));
        cvZero( dst );

        for( ; contour != 0; contour = contour->h_next )
        {
            double actual_area = fabs(cvContourArea(contour, CV_WHOLE_SEQ, 0));
            if (actual_area < MIN_AREA)
                continue;

            //
            // FIXME:
            // Assuming the axes of the ellipse are vertical/perpendicular.
            //
            CvRect rect = ((CvContour *)contour)->rect;
            int A = rect.width / 2; 
            int B = rect.height / 2;
            double estimated_area = M_PI * A * B;
            double error = fabs(actual_area - estimated_area);    
            if (error > MAX_TOL)
                continue;    
            printf
            (
                 "center x: %d y: %d A: %d B: %d\n",
                 rect.x + A,
                 rect.y + B,
                 A,
                 B
            );

            CvScalar color = CV_RGB( rand() % 255, rand() % 255, rand() % 255 );
            cvDrawContours( dst, contour, color, color, -1, CV_FILLED, 8, cvPoint(0,0));
        }

        cvSaveImage("coins.png", dst, 0);
    }
}

给定Carnieri提供的二进制映像，这是输出：

./opencv-contour.out coin-ohtsu.pbm
center x: 291 y: 328 A: 54 B: 42
center x: 286 y: 225 A: 46 B: 32
center x: 471 y: 221 A: 48 B: 33
center x: 140 y: 210 A: 42 B: 28
center x: 419 y: 116 A: 32 B: 19

这是输出图像：

硬币

您可以改善的地方：

处理不同的椭圆方向（当前，我假设轴是垂直/水平的）。使用图像矩将不难做到。
检查对象的凸度（看一下cvConvexityDefects）
区分硬币和其他物体的最佳方法可能是通过形状。我无法想到其他任何低级图像html" target="_blank">功能（颜色显然不可用）。因此，我可以想到两种方法：

传统物体检测
您的第一个任务是从背景中分离对象（硬币和非硬币）。如Carnieri所建议的，Ohtsu的方法将在这里很好地工作。您似乎担心图像是两部分的，但我认为这不会成为问题。只要可以看到大量办公桌，就可以保证直方图中有一个峰值。只要桌子上有几个视觉上可区分的物体，就可以确保您达到第二个高峰。

扩展您的二进制图像几次，以消除阈值留下的噪声。硬币相对较大，因此它们应能经受这种形态学操作。

使用区域增长将白色像素分组为对象-只是迭代地连接相邻的前景像素。在此操作结束时，您将获得不相交对象的列表，并且将知道每个对象占用哪些像素。

根据此信息，您将知道对象的宽度和高度（从上一步开始）。因此，现在您可以估计围绕对象的椭圆的大小，然后查看此特定对象与椭圆的匹配程度。仅使用宽度与高度之比可能会更容易。

另外，您也可以使用力矩以更精确的方式确定物体的形状。