[OpenCV-Python] 21 OpenCV 中的轮廓

OpenCV-Python：IV OpenCV中的图像处理

21 OpenCV 中的轮廓

21.1 初识轮廓

目标
　　• 理解什么是轮廓
　　• 学习找轮廓，绘制轮廓等
　　• 函数：cv2.findContours()，cv2.drawContours()

21.1.1 什么是轮廓

轮廓可以简单认为成将连续的点（连着边界）连在一起的曲线，具有相同、的颜色或者灰度。轮廓在形状分析和物体的检测和识别中很有用。
　　• 为了更加准确，要使用二值化图像。在寻找轮廓之前，要进行阈值化处理、或者 Canny 边界检测。
　　• 查找轮廓的函数会修改原始图像。如果你在找到轮廓之后还想使用原始图、像的话，你应该将原始图像存储到其他变量中。
　　• 在 OpenCV 中，查找轮廓就像在黑色背景中超白色物体。你应该记住，、要找的物体应该是白色而背景应该是黑色。
让我们看看如何在一个二值图像中查找轮廓：
　　函数 cv2.findContours() 有三个参数，第一个是输入图像，第二个是轮廓检索模式，第三个是轮廓近似方法。返回值有三个，第一个是图像，第二个是轮廓，第三个是（轮廓的）层析结构。轮廓（第二个返回值）是一个 Python列表，其中存储这图像中的所有轮廓。每一个轮廓都是一个 Numpy 数组，包含对象边界点（x，y）的坐标。
注意：我们后边会对第二和第三个参数，以及层次结构进行详细介绍。在那之前，例子中使用的参数值对所有图像都是适用的。

21.1.2 怎样绘制轮廓

函数 cv2.drawContours() 可以被用来绘制轮廓。它可以根据你提供的边界点绘制任何形状。它的第一个参数是原始图像，第二个参数是轮廓，一个 Python 列表。第三个参数是轮廓的索引（在绘制独立轮廓是很有用，当设置为 -1 时绘制所有轮廓）。接下来的参数是轮廓的颜色和厚度等。
在一幅图像上绘制所有的轮廓：

import numpy as np
import cv2
im = cv2.imread('test.jpg')
imgray = cv2.cvtColor(im,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
ret,thresh = cv2.threshold(imgray,127,255,0)
image, contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh,cv2.RETR_TREE,cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
绘制独立轮廓，如第四个轮廓：
img = cv2.drawContour(img, contours, -1, (0,255,0), 3)
但是大多数时候，下面的方法更有用：
img = cv2.drawContours(img, contours, 3, (0,255,0), 3)

注意：最后这两种方法结果是一样的，但是后边的知识会告诉你最后一种方法更有用。

21.1.3 轮廓的近似方法

这是函数 cv2.findCountours() 的第三个参数。它到底代表什么意思呢？
上边我们已经提到轮廓是一个形状具有相同灰度值的边界。它会存贮形状边界上所有的 (x，y) 坐标。但是需要将所有的这些边界点都存储吗？这就是这个参数要告诉函数 cv2.findContours 的。
这个参数如果被设置为 cv2.CHAIN_APPROX_NONE，所有的边界点都会被存储。但是我们真的需要这么多点吗？例如，当我们找的边界是一条直线时。你用需要直线上所有的点来表示直线吗？不是的，我们只需要这条直线的两个端点而已。这就是 cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE 要做的。它会将轮廓上的冗余点都去掉，压缩轮廓，从而节省内存开支。我们用下图中的矩形来演示这个技术。在轮廓列表中的每一个坐标上画一个蓝色圆圈。第一个图显示使用 cv2.CHAIN_APPROX_NONE 的效果，一共 734 个点。第二个图是使用 cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE 的结果，只有 4 个点。看到他的威力了吧！

21.2 轮廓特征

目标
　　• 查找轮廓的不同特征，例如面积，周长，重心，边界框等。
　　• 你会学到很多轮廓相关函数

21.2.1 矩

图像的矩可以帮助我们计算图像的质心，面积等。详细信息请查看维基百科Image Moments。
函数 cv2.moments() 会将计算得到的矩以一个字典的形式返回。如下：

import cv2
import numpy as np

img = cv2.imread('star.jpg',0)
ret,thresh = cv2.threshold(img,127,255,0)
contours,hierarchy = cv2.findContours(thresh, 1, 2)

cnt = contours[0]
M = cv2.moments(cnt)
print M

根据这些矩的值，我们可以计算出对象的重心： 和

#This can be done as follows:
cx = int(M['m10']/M['m00'])
cy = int(M['m01']/M['m00'])

1.2.2 轮廓面积

轮廓的面积可以使用函数 cv2.contourArea() 计算得到，也可以使用矩（0 阶矩），M[‘m00’]。

area = cv2.contourArea(cnt)

21.2.3 轮廓周长

也被称为弧长。可以使用函数 cv2.arcLength() 计算得到。这个函数的第二参数可以用来指定对象的形状是闭合的（True），还是打开的（一条曲线）。

perimeter = cv2.arcLength(cnt,True)

21.2.4 轮廓近似
　　将轮廓形状近似到另外一种由更少点组成的轮廓形状，新轮廓的点的数目由我们设定的准确度来决定。使用的Douglas-Peucker算法，你可以到维基百科获得更多此算法的细节。
为了帮助理解，假设我们要在一幅图像中查找一个矩形，但是由于图像的种种原因，我们不能得到一个完美的矩形，而是一个“坏形状”（如下图所示）。
现在你就可以使用这个函数来近似这个形状（）了。这个函数的第二个参数叫epsilon，它是从原始轮廓到近似轮廓的最大距离。它是一个准确度参数。选择一个好的 epsilon 对于得到满意结果非常重要。

epsilon = 0.1*cv2.arcLength(cnt,True)
approx = cv2.approxPolyDP(cnt,epsilon,True)

下边，第二幅图中的绿线是当 epsilon = 10% 时得到的近似轮廓，第三幅图是当 epsilon = 1% 时得到的近似轮廓。第三个参数设定弧线是否闭合。

21.2.5 凸包

凸包与轮廓近似相似，但不同，虽然有些情况下它们给出的结果是一样的。
　　函数 cv2.convexHull() 可以用来检测一个曲线是否具有凸性缺陷，并能纠正缺陷。一般来说，凸性曲线总是凸出来的，至少是平的。如果有地方凹进去了就被叫做凸性缺陷。例如下图中的手。红色曲线显示了手的凸包，凸性缺陷被双箭头标出来了。

关于他的语法还有一些需要交代：

hull = cv2.convexHull(points[, hull[, clockwise[, returnPoints]]

参数：
　　• points 我们要传入的轮廓
　　• hull 输出，通常不需要
　　• clockwise 方向标志。如果设置为 True，输出的凸包是顺时针方向的。否则为逆时针方向。
　　• returnPoints 默认值为 True。它会返回凸包上点的坐标。如果设置为 False，就会返回与凸包点对应的轮廓上的点。
要获得上图的凸包，下面的命令就够了：

hull = cv2.convexHull(cnt)

但是如果你想获得凸性缺陷，需要把 returnPoints 设置为 False。以上面的矩形为例，首先我们找到他的轮廓 cnt。现在我把 returnPoints 设置为 True 查找凸包，我得到下列值：
[[[234 202]], [[ 51 202]], [[ 51 79]], [[234 79]]]，其实就是矩形的四个角点。
现在把 returnPoints 设置为 False，我得到的结果是[[129],[ 67],[ 0],[142]]。他们是轮廓点的索引。例如：cnt[129] = [[234,202]]，这与前面我们得到结果的第一个值是一样的。

在凸检验中你我们还会遇到这些。

21.2.6 凸性检测

函数 cv2.isContourConvex() 可以可以用来检测一个曲线是不是凸的。它只能返回 True 或 False。没什么大不了的。

k = cv2.isContourConvex(cnt)

21.2.7 边界矩形

有两类边界矩形。
　　直边界矩形 一个直矩形（就是没有旋转的矩形）。它不会考虑对象是否旋转。所以边界矩形的面积不是最小的。可以使用函数 cv2.boundingRect() 查找得到。
（x，y）为矩形左上角的坐标，（w，h）是矩形的宽和高。

x,y,w,h = cv2.boundingRect(cnt)
img = cv2.rectangle(img,(x,y),(x+w,y+h),(0,255,0),2)

旋转的边界矩形 这个边界矩形是面积最小的，因为它考虑了对象的旋转。用到的函数为 cv2.minAreaRect()。返回的是一个 Box2D 结构，其中包含矩形左上角角点的坐标（x，y），矩形的宽和高（w，h），以及旋转角度。但是要绘制这个矩形需要矩形的 4 个角点，可以通过函数 cv2.boxPoints() 获得。

rect = cv2.minAreaRect(cnt)
box = cv2.boxPoints(rect)
box = np.int0(box)
im = cv2.drawContours(im,[box],0,(0,0,255),2)

把这两中边界矩形显示在下图中，其中绿色的为直矩形，红的为旋转矩形。

1.2.8 最小外接圆

函数 cv2.minEnclosingCircle() 可以帮我们找到一个对象的外切圆。
　　它是所有能够包括对象的圆中面积最小的一个。

(x,y),radius = cv2.minEnclosingCircle(cnt)
center = (int(x),int(y))
radius = int(radius)
img = cv2.circle(img,center,radius,(0,255,0),2)

21.2.9 椭圆拟合

使用的函数为 cv2.ellipse()，返回值其实就是旋转边界矩形的内切圆。

ellipse = cv2.fitEllipse(cnt)
im = cv2.ellipse(im,ellipse,(0,255,0),2)

21.2.10 直线拟合

我们可以根据一组点拟合出一条直线，同样我们也可以为图像中的白色点拟合出一条直线。

rows,cols = img.shape[:2]
#cv2.fitLine(points, distType, param, reps, aeps[, line ]) → line
#points – Input vector of 2D or 3D points, stored in std::vector<> or Mat.
#line – Output line parameters. In case of 2D fitting, it should be a vector of
#4 elements (likeVec4f) - (vx, vy, x0, y0), where (vx, vy) is a normalized
#vector collinear to the line and (x0, y0) is a point on the line. In case of
#3D fitting, it should be a vector of 6 elements (like Vec6f) - (vx, vy, vz,
#x0, y0, z0), where (vx, vy, vz) is a normalized vector collinear to the line
#and (x0, y0, z0) is a point on the line.
#distType – Distance used by the M-estimator
#distType=CV_DIST_L2
#ρ(r) = r2 /2 (the simplest and the fastest least-squares method)
#param – Numerical parameter ( C ) for some types of distances. If it is 0, an optimal value
#is chosen.
#reps – Sufficient accuracy for the radius (distance between the coordinate origin and the
#line).
#aeps – Sufficient accuracy for the angle. 0.01 would be a good default value for reps and
#aeps.
[vx,vy,x,y] = cv2.fitLine(cnt, cv2.DIST_L2,0,0.01,0.01)
lefty = int((-x*vy/vx) + y)
righty = int(((cols-x)*vy/vx)+y)
img = cv2.line(img,(cols-1,righty),(0,lefty),(0,255,0),2)

21.3 轮廓的性质

本小节我们将要学习提取一些经常使用的对象特征。你可以在Matlab regionprops documentation 更多的图像特征。

21.3.1 长宽比
　　边界矩形的宽高比
　　　　　　

x,y,w,h = cv2.boundingRect(cnt)
aspect_ratio = float(w)/h

21.3.2 Extent

轮廓面积与边界矩形面积的比。
　　　　　　

area = cv2.contourArea(cnt)
x,y,w,h = cv2.boundingRect(cnt)
rect_area = w*h
extent = float(area)/rect_area

21.3.3 Solidity

轮廓面积与凸包面积的比。
　　　　　　

area = cv2.contourArea(cnt)
hull = cv2.convexHull(cnt)
hull_area = cv2.contourArea(hull)
solidity = float(area)/hull_area

21.3.4 Equivalent Diameter

与轮廓面积相等的圆形的直径
　　　　　　[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-4u8NRjk9-1611980309052)(http://opencv-python-tutroals.readthedocs.io/en/latest/_images/math/dd455145891023674d52ad7f48d9ff5a2613e49b.png)]

area = cv2.contourArea(cnt)
equi_diameter = np.sqrt(4*area/np.pi)

21.3.5 方向

对象的方向，下面的方法还会返回长轴和短轴的长度

(x,y),(MA,ma),angle = cv2.fitEllipse(cnt)

21.3.6 掩模和像素点
　　有时我们需要构成对象的所有像素点，我们可以这样做：

mask = np.zeros(imgray.shape,np.uint8)
# 这里一定要使用参数 -1, 绘制填充的的轮廓
cv2.drawContours(mask,[cnt],0,255,-1)
#Returns a tuple of arrays, one for each dimension of a,
#containing the indices of the non-zero elements in that dimension.
#The result of this is always a 2-D array, with a row for
#each non-zero element.
#To group the indices by element, rather than dimension, use:
#transpose(nonzero(a))
#>>> x = np.eye(3)
#>>> x
#array([[ 1., 0., 0.],
# [ 0., 1., 0.],
# [ 0., 0., 1.]])
#>>> np.nonzero(x)
#(array([0, 1, 2]), array([0, 1, 2]))
#>>> x[np.nonzero(x)]
#array([ 1., 1., 1.])
#>>> np.transpose(np.nonzero(x))
#array([[0, 0],
# [1, 1],
# [2, 2]])
pixelpoints = np.transpose(np.nonzero(mask))
#pixelpoints = cv2.findNonZero(mask)

# 官方代码
mask = np.zeros(imgray.shape,np.uint8)
cv2.drawContours(mask,[cnt],0,255,-1)
pixelpoints = np.transpose(np.nonzero(mask))
#pixelpoints = cv2.findNonZero(mask)

这里我们是用来两种方法，第一种方法使用了 Numpy 函数，第二种使用了 OpenCV 函数。结果相同，但还是有点不同。Numpy 给出的坐标是 （row ，colum ）
形式的。而 OpenCV 给出的格式是 （x ，y ）形式的。所以这两个结果基本是可以互换的。row=x，colunm=y。

21.3.7 最大值和最小值及它们的位置

我们可以使用掩模图像得到这些参数。

min_val, max_val, min_loc, max_loc = cv2.minMaxLoc(imgray,mask = mask)

21.3.8 平均颜色及平均灰度

我们也可以使用相同的掩模求一个对象的平均颜色或平均灰度

min_val, max_val, min_loc, max_loc = cv2.minMaxLoc(imgray,mask = mask)

21.3.9 极点

一个对象最上面，最下面，最左边，最右边的点。

leftmost = tuple(cnt[cnt[:,:,0].argmin()][0])
rightmost = tuple(cnt[cnt[:,:,0].argmax()][0])
topmost = tuple(cnt[cnt[:,:,1].argmin()][0])
bottommost = tuple(cnt[cnt[:,:,1].argmax()][0]

如下图所示：

21.4 轮廓：更多函数

目标
我们要学习
　　• 凸缺陷，以及如何找凸缺陷
　　• 找某一点到一个多边形的最短距离
　　• 不同形状的匹配
原理与代码

21.4.1 凸缺陷

前面我们已经学习了轮廓的凸包，对象上的任何凹陷都被成为凸缺陷。OpenCV 中有一个函数 cv.convexityDefect() 可以帮助我们找到凸缺陷。函数调用如下：

hull = cv2.convexHull(cnt,returnPoints = False)
defects = cv2.convexityDefects(cnt,hull)

注意：如果要查找凸缺陷，在使用函数 cv2.convexHull 找凸包时，参数returnPoints 一定要是 False。
它会返回一个数组，其中每一行包含的值是 [起点，终点，最远的点，到最远点的近似距离]。我们可以在一张图上显示它。我们将起点和终点用一条绿线连接，在最远点画一个圆圈，要记住的是返回结果的前三个值是轮廓点的索引。
所以我们还要到轮廓点中去找它们。

import cv2
import numpy as np

img = cv2.imread('star.jpg')
img_gray = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)
ret, thresh = cv2.threshold(img_gray, 127, 255,0)
contours,hierarchy = cv2.findContours(thresh,2,1)
cnt = contours[0]

hull = cv2.convexHull(cnt,returnPoints = False)
defects = cv2.convexityDefects(cnt,hull)

for i in range(defects.shape[0]):
    s,e,f,d = defects[i,0]
    start = tuple(cnt[s][0])
    end = tuple(cnt[e][0])
    far = tuple(cnt[f][0])
    cv2.line(img,start,end,[0,255,0],2)
    cv2.circle(img,far,5,[0,0,255],-1)

cv2.imshow('img',img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

结果如下：

21.4.2 Point Polygon Test

求解图像中的一个点到一个对象轮廓的最短距离。如果点在轮廓的外部，
返回值为负。如果在轮廓上，返回值为 0。如果在轮廓内部，返回值为正。

下面我们以点（50，50）为例：

dist = cv2.pointPolygonTest(cnt,(50,50),True)

此函数的第三个参数是 measureDist。如果设置为 True，就会计算最短距离。如果是 False，只会判断这个点与轮廓之间的位置关系（返回值为+1，-1，0）。

注意：如果你不需要知道具体距离，建议你将第三个参数设为 False，这样速度会提高 2 到 3 倍。

21.4.3 形状匹配

函数 cv2.matchShape() 可以帮我们比较两个形状或轮廓的相似度。如果返回值越小，匹配越好。它是根据 Hu 矩来计算的。文档中对不同的方法都有解释。
我们试着将下面的图形进行比较：

import cv2
import numpy as np

img1 = cv2.imread('star.jpg',0)
img2 = cv2.imread('star2.jpg',0)

ret, thresh = cv2.threshold(img1, 127, 255,0)
ret, thresh2 = cv2.threshold(img2, 127, 255,0)
contours,hierarchy = cv2.findContours(thresh,2,1)
cnt1 = contours[0]
contours,hierarchy = cv2.findContours(thresh2,2,1)
cnt2 = contours[0]

ret = cv2.matchShapes(cnt1,cnt2,1,0.0)
print ret

我得到的结果是：
　　• A 与自己匹配 0.0
　　• A 与 B 匹配 0.001946
　　• A 与 C 匹配 0.326911

看见了吗，及时发生了旋转对匹配的结果影响也不是非常大。
注意：Hu 矩是归一化中心矩的线性组合，之所以这样做是为了能够获取代表图像的某个特征的矩函数，这些矩函数对某些变化如缩放，旋转，镜像映射（除了 h1）具有不变形。此段摘自《学习 OpenCV》中文版。

21.5 轮廓的层次结构

目标
　　现在我们要学习轮廓的层次结构了，比如轮廓之间的父子关系。

原理
　　在前面的内容中我们使用函数 cv2.findContours 来查找轮廓，我们需要传入一个参数：轮廓提取模式（Contour_Retrieval_Mode）。我们总是把它设置为 cv2.RETR_LIST 或者是 cv2.RETR_TREE，效果还可以。但是它们到底代表什么呢？
　　同时，我们得到的结果包含 3 个数组，第一个图像，第二个是轮廓，第三个是层次结构。但是我们从来没有用过层次结构。层次结构是用来干嘛的呢？
　　层次结构与轮廓提取模式有什么关系呢？
　　这就是我们本节要讲的。

21.5.1 什么是层次结构

通常我们使用函数 cv2.findContours 在图片中查找一个对象。有时对象可能位于不同的位置。还有些情况，一个形状在另外一个形状的内部。这种情况下我们称外部的形状为父，内部的形状为子。按照这种方式分类，一幅图像中的所有轮廓之间就建立父子关系。这样我们就可以确定一个轮廓与其他轮廓是怎样连接的，比如它是不是某个轮廓的子轮廓，或者是父轮廓。这种关系就成为组织结构
下图就是一个简单的例子：

在这幅图像中，我给这几个形状编号为 0-5。2 和 2a 分别代表最外边矩形的外轮廓和内轮廓。
在这里边轮廓 0，1，2 在外部或最外边。我们可以称他们为（组织结构）0 级，简单来说就是他们属于同一级。

接下来轮廓 2a。我们把它当成轮廓 2 的子轮廓。它就成为（组织结构）第1 级。同样轮廓 3 是轮廓 2 的子轮廓，成为（组织结构）第 3 级。最后轮廓4,5 是轮廓 3a 的子轮廓，成为（组织结构）4 级（最后一级）。按照这种方式给这些形状编号，我们可以说轮廓 4 是轮廓 3a 的子轮廓（当然轮廓 5 也是）。
我说这么多就是为了解释层次结构，外轮廓，子轮廓，父轮廓，子轮廓等。
现在让我们进入 OpenCV 吧。

21.5.2 OpenCV 中层次结构

不管层次结构是什么样的，每一个轮廓都包含自己的信息：谁是父，谁是子等。OpenCV 使用一个含有四个元素的数组表示。[Next ，Previous ，First_Child ，Parent]。
Next 表示同一级组织结构中的下一个轮廓。
以上图中的轮廓 0 为例，轮廓 1 就是他的 Next。同样，轮廓 1 的 Next是 2，Next=2。
那轮廓 2 呢？在同一级没有 Next。这时 Next=-1。而轮廓 4 的 Next为 5，所以它的 Next=5。

Previous 表示同一级结构中的前一个轮廓。
与前面一样，轮廓 1 的 Previous 为轮廓 0，轮廓 2 的 Previous 为轮廓 1。轮廓 0 没有 Previous，所以 Previous=-1。

First_Child 表示它的第一个子轮廓。
没有必要再解释了，轮廓 2 的子轮廓为 2a。所以它的 First_Child 为2a。那轮廓 3a 呢？它有两个子轮廓。但是我们只要第一个子轮廓，所以是轮廓 4（按照从上往下，从左往右的顺序排序）。

Parent 表示它的父轮廓。
与 First_Child 刚好相反。轮廓 4 和 5 的父轮廓是轮廓 3a。而轮廓 3a的父轮廓是 3。

注意：如果没有父或子，就为 -1。
现在我们了解了 OpenCV 中的轮廓组织结构。我们还是根据上边的图片再学习一下 OpenCV 中的轮廓检索模式。
cv2.RETR_LIST,cv2.RETR_TREE,cv2.RETR_CCOMP,cv2.RETR_EXTERNAL到底代表什么意思？

21.5.3 轮廓检索模式

RETR_LIST

从解释的角度来看，这中应是最简单的。它只是提取所有的轮廓，而不去创建任何父子关系。换句话说就是“人人平等”，它们属于同一级组织轮廓。
所以在这种情况下，组织结构数组的第三和第四个数都是 -1。但是，很明显，Next 和 Previous 要有对应的值，你可以自己试着看看。
下面就是我得到的结果，每一行是对应轮廓的组织结构细节。例如，第一行对应的是轮廓 0。下一个轮廓为 1，所以 Next=1。前面没有其他轮廓，所以 Previous=0。接下来的两个参数就是 -1，与刚才我们说的一样。

>>> hierarchy
array([[[ 1, -1, -1, -1],
        [ 2,  0, -1, -1],
        [ 3,  1, -1, -1],
        [ 4,  2, -1, -1],
        [ 5,  3, -1, -1],
        [ 6,  4, -1, -1],
        [ 7,  5, -1, -1],
        [-1,  6, -1, -1]]])

如果你不关心轮廓之间的关系，这是一个非常好的选择。

RETR_EXTERNAL

如果你选择这种模式的话，只会返回最外边的的轮廓，所有的子轮廓都会被忽略掉。
所以在上图中使用这种模式的话只会返回最外边的轮廓（第 0 级）：轮廓0，1，2。下面是我选择这种模式得到的结果：

>>> hierarchy
array([[[ 1, -1, -1, -1],
        [ 2,  0, -1, -1],
        [-1,  1, -1, -1]]])

当你只想得到最外边的轮廓时，你可以选择这种模式。这在有些情况下很有用。

RETR_CCOMP

在这种模式下会返回所有的轮廓并将轮廓分为两级组织结构。例如，一个对象的外轮廓为第 1 级组织结构。而对象内部中空洞的轮廓为第 2 级组织结构，空洞中的任何对象的轮廓又是第 1 级组织结构。空洞的组织结构为第 2 级。
想象一下一副黑底白字的图像，图像中是数字 0。0 的外边界属于第一级组织结构，0 的内部属于第 2 级组织结构。
我们可以以下图为例简单介绍一下。我们已经用红色数字为这些轮廓编号，并用绿色数字代表它们的组织结构。顺序与 OpenCV 检测轮廓的顺序一直。

现在我们考虑轮廓 0，它的组织结构为第 1 级。其中有两个空洞 1 和 2，它们属于第 2 级组织结构。所以对于轮廓 0 来说跟他属于同一级组织结构的下一个（Next）是轮廓 3，并且没有 Previous。它的 Fist_Child 为轮廓 1，组织结构为 2。由于它是第 1 级，所以没有父轮廓。因此它的组织结构数组为[3，-1，1，-1]。
现在是轮廓 1，它是第 2 级。处于同一级的下一个轮廓为 2。没有 Previous，也没有 Child，（因为是第 2 级所以有父轮廓）父轮廓是 0。所以数组是[2，-1，-1，0]。
轮廓 2：它是第 2 级。在同一级的组织结构中没有 Next。Previous 为轮廓 1。没有子，父轮廓为 0，所以数组是 [-1，1，-1，0]
轮廓 3：它是第 1 级。在同一级的组织结构中 Next 为 5。Previous 为轮廓 0。子为 4，没有父轮廓，所以数组是 [5，0，4，-1]轮廓 4：它是第 2 级。在同一级的组织结构中没有 Next。没有 Previous，没有子，父轮廓为 3，所以数组是 [-1，-1，-1，3]

下面是我得到的答案：

>>> hierarchy
array([[[ 3, -1, 1, -1],
[ 2, -1, -1, 0],
[-1, 1, -1, 0],
[ 5, 0, 4, -1],
[-1, -1, -1, 3],
[ 7, 3, 6, -1],
[-1, -1, -1, 5],
[ 8, 5, -1, -1],
[-1, 7, -1, -1]]])

RETR_TREE

终于到最后一个了，也是最完美的一个。这种模式下会返回所有轮廓，并且创建一个完整的组织结构列表。它甚至会告诉你谁是爷爷，爸爸，儿子，孙子等。

还是以上图为例，使用这种模式，对 OpenCV 返回的结果重新排序并分析它，红色数字是边界的序号，绿色是组织结构。

轮廓 0 的组织结构为 0，同一级中 Next 为 7，没有 Previous。子轮廓是 1，没有父轮廓。所以数组是 [7，-1，1，-1]。
轮廓 1 的组织结构为 1，同一级中没有其他，没有 Previous。子轮廓是2，父轮廓为 0。所以数组是 [-1，-1，2，0]。
剩下的自己试试计算一下吧。

下面是结果：

>>> hierarchy
array([[[ 7, -1, 1, -1],
[-1, -1, 2, 0],
[-1, -1, 3, 1],
[-1, -1, 4, 2],
[-1, -1, 5, 3],
[ 6, -1, -1, 4],
[-1, 5, -1, 4],
[ 8, 0, -1, -1],
[-1, 7, -1, -1]]])

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