【OpenCV】通过最小外接矩形判断物体的平面位置及位姿

基本原理

目标识别中很重要的一点，获取物体的位置及位姿信息。下面提供博主的一种通过物体最小外接矩形来判别的简单方法，必须承认，有一定的局限性，同时精度不高。

首先，假设我们已经识别到目标物体，如下图，用正交的矩形框将其标记出来。这个标记的矩形框所蕴含的信息是比较少的。

通过某些方法（例如将矩形框旋转角度并保持图形外接），我们可以获得目标物体的最小外接矩形（如下图蓝色矩形框）。

不难发现：
矩形中心 ≈ 目标物体形心
矩形旋转角度 ≈ 目标物体主体轴线相对于正交坐标的转角

通过这个方法，我们就可以简单地获取目标物体的位置和位姿信息。

识别示例

以下图中一把瑞士军刀为例。

首先通过二值化确定目标物体所在的区域。

之后再运用最小外接矩形进行框选，通过计算外接矩形的中心点坐标和转角，获得目标物体的位置和位姿信息。

注意：这种方法仅仅是一种简单的判断，具有一定的局限性。例如，如果目标物体形状长宽区分度不高，亦或者形状怪异不均匀，就很难得到较好的结果。
如下图所示是一个集装箱扭锁图片，可以发现其主体部分多出来的拉杆影响到了最小外接矩形的判断。这种情况如果继续想使用本方法的话，就需要去除干扰部分。可以参考我的另一篇博客中提及的一种去除干扰的方法。

代码

#include 
#include   
#include  

using namespace cv;
using namespace std;

Mat toBinary(Mat src);
bool ascendSort(vector<Point> a, vector<Point> b);
Mat getContour(Mat src, Mat binary);

Mat srcImage,binaryImage,contourImage;

int main()
{
	srcImage = imread("01.jpg");//input image
	imshow("srcImage", srcImage);

	binaryImage = toBinary(srcImage);//convert to binary image
	imshow("binaryImage", binaryImage);

	contourImage = getContour(srcImage, binaryImage);
	imshow("contourImage", contourImage);

	waitKey(0);
	return 0;
}

Mat toBinary(Mat src)
{
	Mat temp = src.clone();
	int thresh = 110, maxValue = 254;
	cvtColor(temp, temp, CV_BGR2GRAY);//convert to gray image
	threshold(temp, temp, thresh, maxValue, THRESH_BINARY);//binary processing
	return temp;
}

bool ascendSort(vector<Point> a, vector<Point> b)
{
	return a.size() > b.size();
}

Mat getContour(Mat src,Mat binary)
{
	Mat temp = src.clone();
	vector< vector< Point> > contours;//save all contours data
	vector<Vec4i> hierarchy;
	findContours(binary, contours, hierarchy, CV_RETR_LIST, CV_CHAIN_APPROX_NONE);//find contours
	sort(contours.begin(), contours.end(), ascendSort);//ascending sort
	vector< vector<Point> >::iterator itc = contours.begin(); //iterator of contour vector
	int i = 0;
	while (itc != contours.end())
	{
		if (itc->size() > 150)//ignore the small object
		{
			if (i>0)
			{
				Rect rect = boundingRect(*itc);//get the rectangle bounding
				rectangle(temp, rect, { 0, 0, 255 }, 2, 8);//draw the rectangle
				RotatedRect resultRect;
				resultRect = minAreaRect(*itc);//get the min area rectangle   
				Point2f pt[4];
				resultRect.points(pt);//get the coordinate of vertex
				//draw the min area rectangle
				line(temp, pt[0], pt[1], Scalar(255, 0, 0), 2, 8);
				line(temp, pt[1], pt[2], Scalar(255, 0, 0), 2, 8);
				line(temp, pt[2], pt[3], Scalar(255, 0, 0), 2, 8);
				line(temp, pt[3], pt[0], Scalar(255, 0, 0), 2, 8);
				cout << "**************形心*************" << endl;
				cout << "X坐标：" << resultRect.center.x << " Y坐标：" << resultRect.center.y << " 偏转角度：" << resultRect.angle << endl;
				cout << "*******************************" << endl;
			}
			i++;
		}
		++itc;
	}
	return temp;
}

ps: 1.代码中最小外接矩形主要使用了minAreaRect（）函数；
2.细心的朋友可能会发现，我去掉了轮廓点集中的第一组集合，因为第一组集合会框选出整个窗口，目前我也没弄清楚是什么原因，有待改进。

如有错误，欢迎指正！