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問題

前幾天有個人問了我一個問題，問題是這樣的，他有如下的一張二值圖像：

怎么得到白色Blob中心線，他希望的效果如下：

顯然OpenCV中常見的輪廓分析無法獲得上面的中心紅色線段，本質上這個問題是如何提取二值對象的骨架，提取骨架的方法在OpenCV的擴展模塊中，另外skimage包也支持圖像的骨架提取。這里就分別基于OpenCV擴展模塊與skimage包來完成骨架提取，得到上述圖示的中心線。

01

安裝skimage與opencv擴展包

Python環境下安裝skimage圖像處理包與opencv計算機視覺包，只需要分別執行下面兩行命令：

pip install opencv-contrib-pythonpip install skimage

導入使用

from skimage import morphology import cv2 as cv

02

使用skimage實現骨架提取

有兩個相關的函數實現二值圖像的骨架提取，一個是基于距離變換實現的medial_axis方法；另外一個是基于thin的skeletonize骨架提取方法。兩個方法的代碼實現分別如下：

1def?skeleton_demo(image):
2????gray?=?cv.cvtColor(image,?cv.COLOR_BGR2GRAY)
3????ret,?binary?=?cv.threshold(gray,?0,?255,?cv.THRESH_BINARY?|?cv.THRESH_OTSU)
4????binary[binary?==?255]?=?1
5????skeleton0?=?morphology.skeletonize(binary)
6????skeleton?=?skeleton0.astype(np.uint8)?*?255
7????cv.imshow("skeleton",?skeleton)
8????cv.waitKey(0)
9????cv.destroyAllWindows()
10
11
12def?medial_axis_demo(image):
13????gray?=?cv.cvtColor(image,?cv.COLOR_BGR2GRAY)
14????ret,?binary?=?cv.threshold(gray,?0,?255,?cv.THRESH_BINARY?|?cv.THRESH_OTSU)
15????binary[binary?==?255]?=?1
16????skel,?distance?=?morphology.medial_axis(binary,?return_distance=True)
17????dist_on_skel?=?distance?*?skel
18????skel_img?=?dist_on_skel.astype(np.uint8)*255
19????contours,?hireachy?=?cv.findContours(skel_img,?cv.RETR_EXTERNAL,?cv.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
20????cv.drawContours(image,?contours,?-1,?(0,?0,?255),?1,?8)
21
22????cv.imshow("result",?image)
23????cv.waitKey(0)
24????cv.destroyAllWindows()

03

使用OpenCV實現骨架提取

OpenCV的圖像細化的骨架提取方法在擴展模塊中，因此需要直接安裝opencv-python的擴展包。此外還可以通過形態學的膨脹與腐蝕來實現二值圖像的骨架提取，下面的代碼實現就是分別演示了基于OpenCV的兩種骨架提取方法。代碼分別如下：

1def?morph_find(image):
2????gray?=?cv.cvtColor(image,?cv.COLOR_BGR2GRAY)
3????ret,?binary?=?cv.threshold(gray,?0,?255,?cv.THRESH_BINARY?|?cv.THRESH_OTSU)
4????kernel?=?cv.getStructuringElement(cv.MORPH_CROSS,?(3,?3))
5????finished?=?False
6????size?=?np.size(binary)
7????skeleton?=?np.zeros(binary.shape,?np.uint8)
8????while?(not?finished):
9????????eroded?=?cv.erode(binary,?kernel)
10????????temp?=?cv.dilate(eroded,?kernel)
11????????temp?=?cv.subtract(binary,?temp)
12????????skeleton?=?cv.bitwise_or(skeleton,?temp)
13????????binary?=?eroded.copy()
14
15????????zeros?=?size?-?cv.countNonZero(binary)
16????????if?zeros?==?size:
17????????????finished?=?True
18
19????contours,?hireachy?=?cv.findContours(skeleton,?cv.RETR_EXTERNAL,?cv.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
20????cv.drawContours(image,?contours,?-1,?(0,?0,?255),?1,?8)
21????cv.imshow("skeleton",?image)
22????cv.waitKey(0)
23????cv.destroyAllWindows()
24
25
26def?thin_demo(image):
27????gray?=?cv.cvtColor(image,?cv.COLOR_BGR2GRAY)
28????ret,?binary?=?cv.threshold(gray,?0,?255,?cv.THRESH_BINARY?|?cv.THRESH_OTSU)
29????thinned?=?cv.ximgproc.thinning(binary)
30????contours,?hireachy?=?cv.findContours(thinned,?cv.RETR_EXTERNAL,?cv.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
31????cv.drawContours(image,?contours,?-1,?(0,?0,?255),?1,?8)
32????cv.imshow("thin",?image)
33????cv.waitKey(0)
34????cv.destroyAllWindows()

運行結果如下：

因依老宿發心初

半學修心半讀書

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總結

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