OpenCV基础（二）：绘制直线、绘制几何图形、绘制文字、创建窗口

前言

在Android音视频开发中，网上知识点过于零碎，自学起来难度非常大，不过音视频大牛Jhuster提出了《Android 音视频从入门到提高 - 任务列表》，结合我自己的工作学习经历，我准备写一个音视频系列blog。本文是音视频系列blog的其中一个， 对应的要学习的内容是：使用OpenCV完成绘制直线、绘制几何图形、绘制文字、创建窗口。

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音视频系列blog

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目录

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1 绘制直线、矩形、多边形

1.1 绘制直线

VS2017（或者其他版本VS）如何导入OpenCV，如果你不清楚，可以参考我的这篇文章：

OpenCV分析tfboys十周年演唱会灯牌大战结果

效果图：

要使用OpenCV绘制直线，可以使用cv::line函数。下是这个示例，演示如何在图像上绘制一条直线：

#include 

int main() {
    // 创建一个空白图像
    cv::Mat image(400, 600, CV_8UC3, cv::Scalar(255, 255, 255)); // 白色背景

    // 定义直线的起点和终点坐标
    cv::Point start(100, 100);
    cv::Point end(500, 300);

    // 指定直线的颜色（BGR格式）和线宽
    cv::Scalar color(0, 0, 255); // 红色
    // 线条宽度
    int thickness = 2;

    // 在图像上绘制直线
    cv::line(image, start, end, color, thickness);

    // 显示图像窗口并等待按键
    cv::imshow("Line Drawing", image);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

在这个示例中，首先创建了一个白色背景的图像，然后定义了直线的起点和终点坐标，指定了直线的颜色和线宽，最后使用cv::line函数在图像上绘制直线。

cv::Mat image(400, 600, CV_8UC3, cv::Scalar(255, 255, 255));

cv::Mat image 创建了一个空白背景的图像，以下是这几个参数的含义：

1. 400：这是图像的高度，表示图像的垂直像素数。在这里，图像的高度为400像素。
2. 600：这是图像的宽度，表示图像的水平像素数。在这里，图像的宽度为600像素。
3. CV_8UC3：这是图像的数据类型和通道数的组合。在这里，它有三个部分：
   • CV 表示OpenCV的命名空间。
   • 8U 表示每个像素通道的数据类型是8位无符号整数，即每个通道的像素值在0到255之间。
   • C3 表示图像有3个通道，通常对应于彩色图像中的三个颜色通道：蓝色、绿色和红色（BGR顺序）。
4. cv::Scalar(255, 255, 255)：这是用于初始化图像的初始像素值。在这里，cv::Scalar 是一个用于表示多通道数据的OpenCV类，它包含了三个值，分别对应于图像的三个通道（蓝色、绿色、红色）。255, 255, 255 表示将图像初始化为全白色，因为每个通道的值都是255，这对应于白色。如果你想使用其他颜色，可以修改这三个数字。

因此，这行代码创建了一个宽度为600像素，高度为400像素的3通道图像，初始值为全白色。这个图像可以用于进一步的图像处理和绘制操作。

cv::line(image, start, end, color, thickness);

cv::line 是OpenCV中用于在图像上绘制直线的函数，以下是这些参数的含义：

1. image：这是要在其上绘制直线的图像，通常是一个 cv::Mat 类型的图像对象，就是上面创建的空白背景的图像。
2. start：这是直线的起点坐标，它是一个 cv::Point 类型的对象。cv::Point 是OpenCV中用于表示2D点的类，通常由两个整数坐标值构成，分别表示x和y坐标。在上面的示例中，start 变量包含直线的起点坐标。
3. end：这是直线的终点坐标，同样是一个 cv::Point 类型的对象。它包含直线的终点坐标。
4. color：这是直线的颜色，通常由一个 cv::Scalar 对象表示。cv::Scalar 是OpenCV中用于表示多通道颜色的类。在BGR（蓝绿红）颜色空间中，cv::Scalar 对象包含三个值，分别对应于蓝色、绿色和红色通道的颜色强度。例如，红色可以表示为 cv::Scalar(0, 0, 255)，其中蓝色和绿色通道的值为0，而红色通道的值为255。
5. thickness：这是直线的线宽，即线的粗细程度。它通常是一个整数值，用于指定直线的像素宽度。在上面示例中，定义了一个整数变量 thickness 并将其初始化为2，就是绘制的直线是2个像素宽度。

通过调用 cv::line 函数并传递这些参数，可以在图像上绘制一条带有指定颜色和线宽的直线，起点和终点由 start 和 end 参数指定。

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1.2 绘制矩形

效果图：

要使用OpenCV中绘制矩形，可以使用cv::rectangle函数。以下是一个示例代码，演示如何在图像上绘制一个矩形：

#include 

int main() {
    // 创建一个空白图像
    cv::Mat image(400, 600, CV_8UC3, cv::Scalar(255, 255, 255)); // 白色背景

    // 定义矩形的左上角和右下角坐标
    cv::Point topLeft(100, 100);
    cv::Point bottomRight(300, 200);

    // 指定矩形的颜色（BGR格式）和线宽
    cv::Scalar color(0, 0, 255); // 红色
    // 线条宽度
    int thickness = 2;

    // 在图像上绘制矩形
    cv::rectangle(image, topLeft, bottomRight, color, thickness);

    // 显示图像窗口并等待按键
    cv::imshow("Rectangle Drawing", image);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

首先创建了一个白色背景的图像，然后定义了矩形的左上角和右下角坐标，指定了矩形的颜色和线宽，最后使用cv::rectangle函数在图像上绘制矩形。

cv::rectangle(image, topLeft, bottomRight, color, thickness);

绘制矩形与绘制直线类似，以下是rectangle()中各个参数的含义：

1. image：这是要在其上绘制矩形的图像，即背景图像。
2. topLeft：这是矩形的左上角坐标，通常是一个 cv::Point 类型的对象。cv::Point 表示2D点，它包含了x和y坐标值，指定了矩形的左上角位置。
3. bottomRight：这是矩形的右下角坐标，也是一个 cv::Point 类型的对象，指定了矩形的右下角位置。
4. color：这是矩形的颜色，通常由一个 cv::Scalar 对象表示。cv::Scalar 表示多通道颜色，通常在BGR颜色空间中表示。例如，cv::Scalar(0, 0, 255) 表示红色。
5. thickness（第五个参数）：这是矩形的线宽，即绘制矩形的线的粗细程度，通常是一个整数值。

使用这些参数，cv::rectangle 函数会在指定的图像上绘制一个矩形，矩形的左上角和右下角由 topLeft 和 bottomRight 参数指定，颜色由 color 参数指定，线宽由 thickness 参数指定。

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1.3 绘制多边形

效果图：

要在OpenCV中绘制多边形，您可以使用 cv::polylines 函数。以下是一个示例代码，演示如何绘制多边形：

#include 

int main() {
    // 创建一个空白图像
    cv::Mat image(400, 600, CV_8UC3, cv::Scalar(255, 255, 255)); // 白色背景

    // 定义多边形的顶点
    std::vector<cv::Point> points;
    points.push_back(cv::Point(100, 100));
    points.push_back(cv::Point(300, 100));
    points.push_back(cv::Point(400, 300));
    points.push_back(cv::Point(200, 400));

    // 将多边形的第一个点复制到最后一个点，以闭合多边形
    points.push_back(points[0]);

    // 设置多边形的颜色（BGR格式）和线宽
    cv::Scalar color(0, 0, 255); // 红色
    int thickness = 2;

    // 使用指定的顶点、颜色和线宽绘制多边形
    std::vector<std::vector<cv::Point>> contours;
    contours.push_back(points);
    cv::polylines(image, contours, true, color, thickness);

    // 显示图像窗口并等待按键
    cv::imshow("Polygon Drawing", image);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

在这个示例中，我们首先创建了一个白色背景的图像，然后定义了多边形的顶点，将这些顶点存储在 std::vector 中。为了闭合多边形，我们将多边形的第一个点复制到最后一个点。

然后，我们设置了多边形的颜色和线宽：

• color：多边形的颜色，这里设置为红色(cv::Scalar(0, 0, 255))。
• thickness：线宽，用于控制多边形的线的粗细。

接下来，我们使用 cv::polylines 函数来绘制多边形。在函数中，我们将多边形的顶点传递给 cv::polylines，并设置了颜色和线宽参数。最后一个参数 true 表示要闭合多边形。

这样，您可以绘制带有指定顶点、颜色和线宽的多边形在图像上。您可以根据需要修改多边形的顶点坐标以绘制不同的多边形。

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2 绘制圆形与椭圆

2.1 绘制圆形

效果图：

要在OpenCV中绘制圆形，可以使用 cv::circle 函数。以下是一个示例代码，演示如何在图像上绘制一个圆形：

#include 

int main() {
    // 创建一个空白图像
    cv::Mat image(400, 600, CV_8UC3, cv::Scalar(255, 255, 255)); // 白色背景

    // 定义圆心坐标
    cv::Point center(300, 200);

    // 定义圆的半径
    int radius = 50;

    // 指定圆的颜色（BGR格式）和线宽
    cv::Scalar color(0, 0, 255); // 红色
    int thickness = 2;

    // 在图像上绘制圆
    cv::circle(image, center, radius, color, thickness);

    // 显示图像窗口并等待按键
    cv::imshow("Circle Drawing", image);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

在这个示例中，首先创建了一个白色背景的图像，然后定义了圆的圆心坐标、半径、颜色和线宽。最后，使用 cv::circle 函数在图像上绘制圆。

cv::circle(image, center, radius, color, thickness);

cv::circle 函数用于在OpenCV中绘制圆形，以下是这个函数的各个参数的含义：

1. image：这是要在其上绘制圆形的图像，即背景图像。
2. center：这是圆的圆心坐标，通常是一个 cv::Point 类型的对象。cv::Point 表示2D点，它包含了x和y坐标值，指定了圆的中心位置。
3. radius：这是圆的半径，通常是一个整数值，表示圆的大小。
4. color：这是圆的颜色，通常由一个 cv::Scalar 对象表示。cv::Scalar 表示多通道颜色，通常在BGR颜色空间中表示。例如，cv::Scalar(0, 0, 255) 表示红色。
5. thickness：这是圆的线宽，即绘制圆的线的粗细程度，通常是一个整数值。如果 thickness 为正数，表示绘制实心圆；如果 thickness 为负数（例如 -1），表示绘制一个填充的圆，即实心圆。

使用这些参数，cv::circle 函数会在指定的图像上绘制一个圆形，圆的圆心由 center 参数指定，半径由 radius 参数指定，颜色由 color 参数指定，线宽由 thickness 参数指定。

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2.2 绘制椭圆

效果图：

要在OpenCV中绘制椭圆，可以使用 cv::ellipse 函数。以下是一个示例代码，演示如何在图像上绘制一个椭圆：

#include 

int main() {
    // 创建一个空白图像
    cv::Mat image(400, 600, CV_8UC3, cv::Scalar(255, 255, 255)); // 白色背景

    // 定义椭圆的参数
    cv::Point center(300, 200); // 椭圆的中心坐标
    cv::Size axes(100, 50);    // 长轴和短轴的长度
    double angle = 30.0;       // 椭圆的旋转角度
    double startAngle = 0.0;   // 起始角度
    double endAngle = 360.0;   // 终止角度
    cv::Scalar color(0, 0, 255); // 红色
    int thickness = 2;

    // 在图像上绘制椭圆
    cv::ellipse(image, center, axes, angle, startAngle, endAngle, color, thickness);

    // 显示图像窗口并等待按键
    cv::imshow("Ellipse Drawing", image);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

在这个示例中，首先创建了一个白色背景的图像，然后定义了椭圆的参数，包括中心坐标、长轴和短轴的长度、旋转角度、起始角度、终止角度、颜色和线宽。最后，使用 cv::ellipse 函数在图像上绘制椭圆。

cv::ellipse(image, center, axes, angle, startAngle, endAngle, color, thickness);

cv::ellipse 函数用于在OpenCV中绘制椭圆，以下是这个函数的各个参数的含义：

1. image：这是要在其上绘制椭圆的图像，即背景图像。
2. center：这是椭圆的中心坐标，通常是一个 cv::Point 类型的对象。cv::Point 表示2D点，它包含了x和y坐标值，指定了椭圆的中心位置。
3. axes：这是一个 cv::Size 类型的对象，表示椭圆的两个轴的长度。通常，其中的 width（宽度） 对应于长轴的长度，而 height（高度） 对应于短轴的长度。
4. angle：这是椭圆的旋转角度，以度为单位。正值表示顺时针旋转，负值表示逆时针旋转。如果angle = 0则表示该椭圆与X轴对齐。
5. startAngle：这是椭圆的起始角度，以度为单位。它指定了从椭圆的哪个角度开始绘制。起始角度 startAngle 通常是相对于X轴正方向的角度。在OpenCV中，默认的角度测量方式是逆时针方向的，因此起始角度0.0表示与X轴正方向相对应。从这个起始角度开始，可以顺时针或逆时针绘制椭圆，具体取决于旋转角度和终止角度的值以及绘制的方向。例如，如果 startAngle 为0.0，endAngle 为180.0，那么将绘制一个与X轴正方向相对的半圆。如果 startAngle 为0.0，endAngle 为360.0，那么将绘制一个完整的椭圆。
6. endAngle：这是椭圆的终止角度，以度为单位。它指定了在椭圆的哪个角度结束绘制。
7. color：这是椭圆的颜色，通常由一个 cv::Scalar 对象表示。cv::Scalar 表示多通道颜色，通常在BGR颜色空间中表示。例如，cv::Scalar(0, 0, 255) 表示红色。
8. thickness：这是椭圆的线宽，即绘制椭圆的线的粗细程度，通常是一个整数值。如果 thickness 为正数，表示绘制实线椭圆；如果 thickness 为负数，表示绘制填充的椭圆，即实心椭圆。

使用这些参数，cv::ellipse 函数会在指定的图像上绘制一个椭圆，根据中心坐标、轴的长度、旋转角度以及起始和终止角度来定义椭圆的形状和位置。颜色和线宽参数用于定义椭圆的外观特征。​

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3 绘制随机直线与随机矩形

3.1 绘制随机直线

效果图：

要在OpenCV中绘制随机直线，可以使用随机数生成器来生成随机的线条参数，然后使用cv::line函数绘制直线。以下是一个示例代码，演示如何绘制随机直线：

#include 
#include  // 包含随机数生成器所需的头文件

int main() {
    // 创建一个空白图像
    cv::Mat image(400, 600, CV_8UC3, cv::Scalar(255, 255, 255)); // 白色背景

    // 随机生成直线的参数
    int x1 = rand() % image.cols; // 随机生成起点 x 坐标
    int y1 = rand() % image.rows; // 随机生成起点 y 坐标
    int x2 = rand() % image.cols; // 随机生成终点 x 坐标
    int y2 = rand() % image.rows; // 随机生成终点 y 坐标

    // 随机生成直线的颜色（BGR格式）
    cv::Scalar color(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256);

    // 随机生成直线的线宽
    int thickness = rand() % 5 + 1; // 随机生成1到5之间的整数作为线宽

    // 使用随机参数绘制直线
    cv::line(image, cv::Point(x1, y1), cv::Point(x2, y2), color, thickness);

    // 显示图像窗口并等待按键
    cv::imshow("Random Line Drawing", image);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

在这个示例中，我们首先创建了一个白色背景的图像，然后使用rand()函数生成随机的起点和终点坐标、颜色和线宽。然后，使用cv::line函数绘制了一条随机直线。

请注意，为了生成随机数，包含了头文件，并使用rand()函数来生成随机数。为了获得特定范围的随机整数，我们使用%操作符和适当的范围来限制生成的随机数。

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3.2 绘制随机矩形

效果图：

要在OpenCV中绘制随机矩形，使用随机数生成器来生成随机的矩形参数，然后使用 cv::rectangle 函数绘制矩形。以下是一个示例代码，演示如何绘制随机矩形：

#include 
#include  // 包含随机数生成器所需的头文件

int main() {
    // 创建一个空白图像
    cv::Mat image(400, 600, CV_8UC3, cv::Scalar(255, 255, 255)); // 白色背景

    // 随机生成矩形的参数
    int x = rand() % image.cols; // 随机生成矩形左上角 x 坐标
    int y = rand() % image.rows; // 随机生成矩形左上角 y 坐标
    int width = rand() % 200 + 50; // 随机生成宽度，范围在50到250之间
    int height = rand() % 150 + 50; // 随机生成高度，范围在50到200之间

    // 随机生成矩形的颜色（BGR格式）
    cv::Scalar color(rand() % 256, rand() % 256, rand() % 256);

    // 随机生成矩形的线宽
    int thickness = rand() % 5 + 1; // 随机生成1到5之间的整数作为线宽

    // 使用随机参数绘制矩形
    cv::Rect rectangle(x, y, width, height);
    cv::rectangle(image, rectangle, color, thickness);

    // 显示图像窗口并等待按键
    cv::imshow("Random Rectangle Drawing", image);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

在这个示例中，首先创建了一个白色背景的图像，然后使用 rand() 函数生成随机的矩形参数，包括左上角坐标、宽度、高度、颜色和线宽。然后，使用 cv::rectangle 函数绘制了一个随机矩形。

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4 绘制文本并指定字体和大小

效果图：

要在OpenCV中绘制文本并指定字体和大小，可以使用 cv::putText 函数。以下是一个示例代码，演示如何绘制文本并设置字体和大小：

#include 

int main() {
    // 创建一个空白图像
    cv::Mat image(400, 600, CV_8UC3, cv::Scalar(255, 255, 255)); // 白色背景

    // 设置文本的字体和大小
    int fontFace = cv::FONT_HERSHEY_SIMPLEX; // 字体类型
    double fontScale = 2.0; // 字体大小
    int thickness = 3; // 文本线宽

    // 设置文本的位置和内容
    cv::Point textPosition(100, 200); // 文本起始位置
    std::string text = "Hello, OpenCV!";

    // 设置文本的颜色
    cv::Scalar textColor(0, 0, 255); // 红色

    // 使用指定的字体、大小、颜色等参数绘制文本
    cv::putText(image, text, textPosition, fontFace, fontScale, textColor, thickness);

    // 显示图像窗口并等待按键
    cv::imshow("Text Drawing", image);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

在这个示例中，我们首先创建了一个白色背景的图像，然后使用以下参数设置文本的字体和大小：

• fontFace：字体类型，cv::FONT_HERSHEY_SIMPLEX 是一种常见的字体类型，也可以选择其他字体类型。
• fontScale：字体大小，这里设置为2.0，可以根据需要调整。
• thickness：文本线宽，用于控制文本的粗细。

然后，设置了文本的位置和内容：

• textPosition：文本起始位置，这里设置为(100, 200)。
• text：要绘制的文本内容，这里设置为"Hello, OpenCV!"。

接下来，设置了文本的颜色：

• textColor：文本颜色，这里设置为红色(cv::Scalar(0, 0, 255))。

最后，使用 cv::putText 函数在图像上绘制文本，将上述参数传递给函数。这样，就可以绘制带有指定字体和大小的文本在图像上。

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5 窗口的创建

效果图：

以下是一个示例代码，演示如何在OpenCV中创建窗口、修改窗口大小、删除窗口以及删除所有窗口：

#include 

int main() {
    // 创建一个窗口并指定标题
    cv::namedWindow("My Window", cv::WINDOW_AUTOSIZE);

    // 等待一段时间
    cv::waitKey(2000); // 等待2秒钟

    // 修改窗口大小为900x400像素
    cv::resizeWindow("My Window", 900, 400);

    // 等待一段时间
    cv::waitKey(2000); // 等待2秒钟

    // 删除窗口
    cv::destroyWindow("My Window");

    // 等待一段时间
    cv::waitKey(2000); // 等待2秒钟

    // 创建一个新窗口并指定标题
    cv::namedWindow("Another Window", cv::WINDOW_AUTOSIZE);

    // 等待一段时间
    cv::waitKey(2000); // 等待2秒钟

    // 删除所有窗口
    cv::destroyAllWindows();

    return 0;
}

在这个示例中，首先使用 cv::namedWindow 创建一个名为 “My Window” 的窗口，并使用 cv::WINDOW_AUTOSIZE 模式，使窗口自动调整大小以适应内容。然后，我们使用 cv::waitKey 函数等待2秒钟，以使窗口保持打开状态。

接下来，使用 cv::resizeWindow 函数将窗口大小修改为900x400像素，并再次等待2秒钟。

然后，使用 cv::destroyWindow 函数删除名为 “My Window” 的窗口。

接着，创建了一个新窗口 “Another Window”，并等待2秒钟。

最后，使用 cv::destroyAllWindows 函数删除所有窗口。

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源代码：（欢迎star）
OpenCV基础（二）：绘制直线、绘制几何图形、绘制文字、创建窗口

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