[OpenCV] 외곽선 검출 방법

외곽선(contour)이란

 

객체의 외곽선이란 객체 영역 픽셀 중에서 배경 영역과 인접한 일련의 픽셀을 의미한다.

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보통 검은색 배경 안에 있는 흰색 객체 영역에서 가장 최외곽에 있는 픽셀을 찾아 외곽선으로 정의한다.

만약 흰색 객체 영역 안에 검은색 배경 영역인 홀이 존재한다면, 홀을 둘러싸고 있는 객체 픽셀들도 외곽선으로 검출할 수 있다.

즉, 객체의 외곽선은 객체 바깥쪽 외곽선과 안쪽 홀 외곽선으로 구분할 수 있다.

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하나의 영상에는 여러 개의 객체가 존재할 수 있으므로 영상 하나에서 추출된 전체 객체의 외곽선 정보는 vector 타입으로 표현한다.

 

vector<vector<Point>> contours;

 

선 검출 원리

 

외곽선 검출 원리는 객체의 외곽선 픽셀 좌표를 모두 추출하여 계층 정보와 함께 반환한다.

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예를 들어, 아래와 같이 8 x 8 크기의 이진 영상이 있다.

이 영상은 흰색으로 표현된 객체 영역이 세 개 있는 단순한 형태이다.

이 영상에 대해 검출을 수행하면 흰색으로 표현된 객체 영역의 외곽이 검출되어 검출 작업이 수행된다.

위 그림에서 녹색으로 표현한 픽셀들이 외곽선 점들로 검출되는 원리이다.

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검출된 외곽선 점들의 좌표는 변수에 모두 저장된다.

따라서 위 그림들의 좌표는 아래와 같이 배열로 접근할 수 있다.

contours[0] : [1, 1], [1, 2], [1, 3], [2, 4], [3, 3], [3, 2], [3, 1], [2, 1]
contours[1] : [6, 1]
contours[2] : [5, 4], [4, 5], [4, 6], [5, 6], [6, 6], [6, 5], [6, 4]

 

외곽선 검출 함수

 

OpenCV에서 영상 내부 객체들의 외곽선 검출을 위한 함수 findContours()를 제공한다.

이 함수는 외곽선들의 계층 정보를 받아오는 hierarchy 인자가 있는 형태와 없는 형태 두 가지로 정의되어 있다.

 

void findContours(InputArray image, OutputArrayOfArray contours, OutputArray hierarchy, int mode),
                  int method, Point offset = Point());
void findContours(InputArray image, OutputArrayOfArray contours, int mode, int method, Point offset = Point());

image : 입력 영상으로 8비트 1채널 영상이어야 하며 0이 아닌 픽셀을 객체로 취급한다.
contours : 검출된 외곽선 정보로 vector<vector<Point>> 타입의 변수를 지정한다.
hierarchy : 외곽선 계층 정보로 vector<Vec4i> 타입의 변수를 지정한다.
mode : 외곽선 검출 모드로 RetrievalModes 열거형 상수를 지정한다.
method : 외곽선 근사화 방법으로 ContourApproximationModes 열거형 상수를 지정한다.
offset : 외곽선 점 좌표의 오프셋(이동 변위)

 

findContours() 함수의 입력인자 src에는 보통 threshold() 등 함수에 의해 만들어진 이진 영상을 사용한다.

실제 동작할 때는 입력 영상에서 픽셀 값이 0이 아니면 객체로 간주하여 외곽선을 검출한다.

만약 mode가 RETR_CCOMP이면 CV_32SC1 타입의 영상을 지정할 수 있다.

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hierarchy 인자에는 검출된 외곽선의 계층 정보가 저장되는데, 보통 vector<Vec4i> 타입의 변수를 지정하낟.

Vec4i 클래스는 int 자료형 네 개를 저장할 수 있는 OpenCV 벡터 클래스이다.

 

i 번째 외곽선에 대해 hierarchy[i][0]에는 다음 외곽선 번호, hierarchy[i][1]에는 이전 외곽선 번호,

hierarchy[i][2]에는 자식 외곽선 번호, hierarchy[i][3]에는 부모 외곽선 정보가 저장된다.

만약 계층 구조에서 해당 외곽선이 존재하지 않으면 -1이 저장된다.

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mode 인자에는 외곽선 검출 방식에 대한 검출 모드를 지정한다.

이 인자에는 RetrievalModes 열거형 상수 중 하나를 지정한다.

주요 RetrievalModes 열거형 상수	설명
RETR_EXTERNAL	객체 바깥쪽 외곽선만 검색하며 계층 구조는 만들지 않는다.
RETR_LIST	객체 바깥쪽과 안쪽 외곽선을 모두 검색하며 계층 구조는 만들지 않는다.
RETR_CCOMP	모든 외곽선을 검색하고 2단계 게층 구조를 구성한다.
RETR_TREE	모든 외곽선을 검색하고 전체 계층 구조를 구성한다.

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method 인자에는 검출된 외곽선 점들의 좌표를 근사화하는 방법을 지정한다.

이 인자에는 ContourApproximationModes 열거형 상수를 지정한다.

ContourApproximationModes 열거형 상수	설명
CHAIN_APPROX_NONE	모든 외곽선 점들의 좌표를 저장한다.
CHAIN_APPROX_SIMPLE	외곽선 중에서 수평선, 수직선, 대각선 성분의 끝점만 저장한다.
CHAIN_APPROX_TC89_L1	Teh & Chin L1 근사화를 적용한다.
CHAIN_APPROX_TC89_KCOS	Teh & Chin k cos 근사화를 적용한다.

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findContours() 함수로 검출한 외곽선 정보를 이용하여 영상 위에 외곽선을 그릴 수 있다.

이때 사용하는 함수가 drawContours() 함수이다.

 

void drawContours(InputArray image, InputArrayOfArrays contours, int contourIdx, const Scalar& color, 
                  int thickness = 1, int lineType = LINE_8, InputArray hierarchy = noArray(),
                  int maxLevel = INT_MAX, Point offset = Point());

image : 외곽선을 그릴 영상
contours : findContours() 함수로 구한 전체 외곽선 정보로 vector<vector<Point>> 타입의 변수 지정
contourIdx : 외곽선 번호로 음수를 지정하면 전체 외곽선을 그린다.
color : 외곽선 색상(밝기)
thickness : 외곽선 두께로 FILLED 또는 -1을 지정하면 외곽선 내부를 채움
lineType : 외곽선 타입
hierarchy : 외곽선 계층 정보
maxLevel : 그릴 외곽선의 최대 레벨로 0 지정 시 번호의 외곽선을, 1보다 같거나 크면 하위 레벨의 외곽선까지 그린다.
offset : 추가로 지정할 외곽선 점 좌표의 오프셋

 

drawContours() 함수는 findContours() 함수로 얻은 외곽선 정보를 이용하여 영상에 외곽선을 그린다.

전체 외곽선을 한꺼번에 그릴 수도 있고, 특정 번호의 외곽선을 선택하는 등 여러 방법으로 그릴 수 있다.

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예제 코드

#include <iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>

using namespace std;
using namespace cv;


int main()
{
	Mat src = imread("C:/opencv/ch02/Project1/Test.JPG", IMREAD_GRAYSCALE);

	vector<vector<Point>> contours;
	vector<Vec4i> hierarchy;
	findContours(src, contours, RETR_LIST, CHAIN_APPROX_NONE);
	findContours(src, contours, hierarchy, RETR_CCOMP, CHAIN_APPROX_NONE);

	Mat dst1, dst2;
	
	cvtColor(src, dst1, COLOR_GRAY2BGR);
	cvtColor(src, dst2, COLOR_GRAY2BGR);

	for (int i = 0; i < contours.size(); i++) {
		Scalar c(0, 255, 0);
		drawContours(dst1, contours, i, c, 2);
	}

	for (int j = 0; j >= 0; j = hierarchy[j][0]) {
		Scalar c(255, 0, 0);
		drawContours(dst2, contours, j, c, -1, LINE_8, hierarchy);
	}

	imshow("src", src);
	imshow("dst1", dst1);
	imshow("dst2", dst2);

	waitKey();
}

 

 

실행 결과

왼쪽 영상부터 src, dst1, dst2 이다.

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dst1 영상에서 외곽선 검출은 RETR_LIST 검출 모드를 사용하여 findContours() 함수를 호출한다.

그러므로 모든 객체의 바깥쪽과 안쪽 홀 외곽선을 모두 검출하지만, 부모/자식 간의 계층 정보는 얻어 오지 않는다.

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검출된 전체 외곽선 개수 contours.size() 코드를 이용하여 for반복문을 수행하며 전체 외곽선을 그린다.

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dst2 영상에서 vector<Vec4i> 타입의 변수 hierachy를 findContours() 함수에 전달하여 외곽선 계층 정보를 추출한다.

RETR_CCOMP 모드이기 때문에 2단계로 구성된 계층 구조가 만들어진다.

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외곽선 계층 정보 hierarchy 변수를 전달하였기 때문에 객체 바깥쪽 외곽선부터 안쪽 홀 외곽선까지

객체 영역만 파란색으로 채워진다.