OpenCV中BLOB特征提取与几何形状分类

一：方法

二值图像几何形状提取与分离，是机器视觉中重点之一，在CT图像分析与机器人视觉感知等领域应用广泛，OpenCV中提供了一个对二值图像几何特征描述与分析最有效的工具 - SimpleBlobDetector类，使用它可以实现对二值图像几何形状的分离与分析。而它之所以强大是因为整合OpenCV中其它一些API的功能，主要是有三个：

自动的图像灰度与二值化，根据输入的步长与阈值，得到半径
实现了轮廓查找功能，可以查找所有轮廓，
然后在此基础上基于几何矩的计算实现各种基于几何特征的过滤

在学习Blob特征检测器相关函数之前，我们首先看一下Blob几何特征过滤时候用到几何特征

面积

BLOB特征检测器可以根据面积大小对结果进行过滤，只有面积在指定范围内的几何形状才会被BLOB特征检出并标注。这样就可以通过它实现基于几何形状面积的大小分类。需要说明的是这里的面积是基于像素单位的，主要是利于几何矩进行计算得到。

圆度

圆度的公式可以表示为

当C等于1时候，该形状表示一个完美的圆形
当C趋近于0的时候，该形状表示接近于直线的多边形或者矩形。
当C值在0.75 ~ 0.85之间的时候，多数的时候表示与矩形或者等边的多边形出现。

惯性率

惯性率是跟偏心率，圆形的偏心率等于0，椭圆的偏心率介于0和1之间，直线的偏心率接近于0，基于几何矩计算惯性率比计算偏心率容易，所以OpenCV选择了惯性率这个特征值，根据惯性率可以计算出来偏心率，偏心率与惯性率之间关系表示如下

凸度

表示几何形状是凸包还是凹包的度量。说白了就是可以根据参数过滤凸多边形还是凹多边形，输入的参数一般在0~1之间，最小为0，最大为1。一般圆形多会大于0.5以上

二演示

演示部分通过两个例子来说明BLOB特征不同用法，第一个例子通过BLOB特征检测向日葵的葵盘，第二例子通过BLOB特征检测来对几何形状进行过滤分类。

示例一：原图

BLOB检测结果

相关的代码如下：

// 初始化BLOB参数SimpleBlobDetector::Params params;params.minDistBetweenBlobs = 0.0f;params.filterByInertia = false;params.filterByConvexity = false;params.filterByColor = false;params.filterByCircularity = false;params.filterByArea = false;// 声明根据面积过滤，设置最大与最小面积params.filterByArea = true;params.minArea = 20.0f;params.maxArea = 2000.0f;// 声明根据圆度过滤，设置最大与最小圆度params.filterByCircularity = true;params.minCircularity = 0.5;params.maxCircularity = 1.0;// 凸包形状分析 - 过滤凹包params.filterByConvexity = true;params.minConvexity = 0.5;params.minConvexity = 1.0;// 参数初始化BLOB检测器，Ptr<SimpleBlobDetector> detector = SimpleBlobDetector::create(params);vector<KeyPoint> keypoints;// 检测得到特征与绘制特征detector->detect(src, keypoints, Mat());Mat kp_image;drawKeypoints(src, keypoints, kp_image, Scalar(255, 0, 0), DrawMatchesFlags::DRAW_RICH_KEYPOINTS);imshow("keypoints", kp_image);

示例二：原图

参数不同过滤运行结果

蓝色与红色是检测结果表示

相关代码如下

// 几何形状过滤// 声明根据面积过滤，设置最大与最小面积params.filterByArea = true;params.minArea = 1000.0f;params.maxArea = 12000.0f;// 声明根据圆度过滤，设置最大与最小圆度params.filterByCircularity = true;params.minCircularity = 0.7;params.maxCircularity = 0.8;// 凸包形状分析 - 过滤凹包params.filterByConvexity = true;params.minConvexity = 0.0;params.minConvexity = 0.5;// 参数初始化BLOB检测器，Ptr<SimpleBlobDetector> detector = SimpleBlobDetector::create(params);vector<KeyPoint> keypoints;// 检测得到特征与绘制特征detector->detect(src, keypoints, Mat());Mat kp_image;drawKeypoints(src, keypoints, kp_image, Scalar(0, 0, 255), DrawMatchesFlags::DRAW_RICH_KEYPOINTS);imshow("keypoints", kp_image);

总结：

图像的BLOB特征提取与分析，除了使用SimpleBlobDetector类之外还可以通过findContours与几何矩Moments计算相结合来实现。后者更加考察对OpenCV相关API函数熟悉程度与图像处理相关知识的掌握程度。

OpenCV中BLOB特征提取与几何形状分类