【OpenCV-Python】findContoursによる輪郭検出

OpenCV(Python)で二値化された画像中の白の部分の外側の輪郭のデータを取得するにはfindContours()関数を用います。
黒の部分の輪郭は、白の部分の内側の輪郭という認識になります。

findContours()関数で取得できる情報は、輪郭を構成している点の座標群と輪郭の内側、外側の情報となります。

さらに、これらの情報を用いて、輪郭の長さや、輪郭の内側の面積、重心、輪郭部分の矩形領域などを取得できる関数も別途、用意されています。

処理例

（入力画像）

（処理結果）

※結果は画像データとしては得られず、上図の色付きの線で書いた部分の情報を取得します。

構文
輪郭座標(contours)の注意点
輪郭の描画
サンプルプログラム
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構文

findContours(image, mode, method[, contours[, hierarchy[, offset]]]) ->contours, hierarchy

image	輪郭抽出する画像データ
mode	輪郭構造の取得方法
method	輪郭座標の取得方法
(戻り値)contours	輪郭座標
(戻り値)hierarchy	輪郭の階層情報

image

輪郭抽出する画像データを指定します。

画像は8bitのグレースケールで、基本的に二値化された画像を指定します。

一部、32bit1チャンネルのデータ（ラベリングデータ）も指定可能です。

二値化されていない場合は、輝度値が０で無い部分に関しての輪郭情報を取得します。

mode

輪郭の階層情報の取得方法をRETR_EXTERNAL, RETR_LIST, RETR_CCOMP, RETR_TREE, RETR_FLOODFILLの中から指定します。

最初に見つける輪郭が白の外側の輪郭となります。

そのため、入力画像は黒色背景の画像を指定します。

白色背景の画像を指定した場合、最初の輪郭は画像全体となります。

modeで指定した輪郭情報は戻り値のhierarchyに格納されます。

●RETR_TREE

輪郭の階層情報をツリー形式で取得します。

この輪郭の階層情報をというのは、下図を用いて説明します。

まず、一番外側の輪郭（白の領域の外側の輪郭）に０と３があります。

０の内側の輪郭には１があり、３の内側には４があります。

さらに、

１の内側には２があり、４の内側には５と６

６の内側には７

７の内側には８と９

の輪郭があります。

この構造をツリーで表現すると、このようになります。

modeにRETR_TREEを指定するとhierarchyの中にこの階層構造が格納されます。

●RETR_CCOMP

白の輪郭（外側の輪郭）と黒の輪郭（内側の輪郭）の情報だけを取得し、白の輪郭のさらに内側の輪郭かどうか？の情報は失われます。

この構造をツリーで表現すると、このようになります。

●RETR_LIST

白（外側）、黒（内側）の区別なく、すべての輪郭を同じ階層として取得します。

この構造をツリーで表現すると、このようになります。

●RETR_EXTERNAL

一番外側の白の輪郭だけを取得します。

この構造をツリーで表現すると、このようになります。

method

輪郭を構成する点の座標の取得方法をCHAIN_APPROX_NONE, CHAIN_APPROX_SIMPLE, CHAIN_APPROX_TC89_L1, CHAIN_APPROX_TC89_KCOSの中から指定します。

取得した座標は戻り値のcontoursに格納されます。

●CHAIN_APPROX_NONE

輪郭上のすべての座標を取得します。

●CHAIN_APPROX_SIMPLE

縦、横、斜め45°方向に完全に直線の部分の輪郭の点を省略します。

●CHAIN_APPROX_TC89_L1, CHAIN_APPROX_TC89_KCOS

輪郭の座標を直線で近似できる部分の輪郭の点を省略します。

(戻り値)contours

輪郭上の座標を取得します。

実際にどのような座標を取得するかは、methodの設定により異なります。

contoursのデータは以下のような配列となります。

contours[輪郭番号][点の番号][0][X座標, Y座標]

(戻り値)hierarchy

輪郭の階層情報を取得します。

取得する構造はmodeの設定により異なります。

contoursのデータは以下のような配列となります。

hierarchy[0][輪郭番号][次の輪郭番号, 前の輪郭番号, 最初子供(内側)の輪郭番号, 親(外側)の輪郭番号]

となります。

下図の例について説明します。

輪郭番号７の親は６で、最初の子供の番号は８となります。

８の次の輪郭番号は９で、９の前の輪郭番号は８となります。

該当する輪郭番号が無い時は　-1 になります。

上図の階層情報の例で言うと、

hierarchy[0][0] は [ 3, -1, 1, -1]
hierarchy[0][1] は [-1, -1, 2, 0]
hierarchy[0][2] は [-1, -1, -1, 1]
hierarchy[0][3] は [-1, 0, 4, -1]
hierarchy[0][4] は [-1, -1, 5, 3]
hierarchy[0][5] は [ 6, -1, -1, 4]
hierarchy[0][6] は [-1, 5, 7, 4]
hierarchy[0][7] は [-1, -1, 8, 6]
hierarchy[0][8] は [ 9, -1, -1, 7]
hierarchy[0][9] は [-1, 8, -1, 7]

となります。

輪郭座標(contours)の注意点

contoursで取得できる座標は、白の領域を構成する外側の座標、もしくは内側の座標となります。

例えば、下図のような図形の輪郭座標を取得するとき、

白の輪郭を取得するときは、一番、外側の画素の座標（下図の赤い点）がcontoursに格納されます。

しかし、白の内側の黒の輪郭座標は、黒の画素の座標にはなりません。

黒の輪郭座標は、輪郭を構成している黒の画素の４近傍の白の画素の座標となります。
黒の輪郭座標は下図の青い点の座標となります。

輪郭の描画

findContours()関数で取得した輪郭(contours)はdrawContours()関数を用いて描画します。

drawContours(image, contours, contourIdx, color[, thickness[, lineType[, hierarchy[, maxLevel[, offset]]]]]) ->image

image	描画先の画像データ
contours	輪郭座標
contourIdx	描画する輪郭の番号 -1にすると、すべての輪郭を描画
color	描画の色を(b, g, r)のタプルで指定します
thickness	線幅 -1を指定すると塗りつぶしになります。
lineType	線の描画スタイルをFILLED, LINE_4, LINE_8, LINE_AAの中から指定します。
hierarchy	輪郭の階層情報を指定します。
maxLevel	輪郭をどの階層まで表示するかを指定します。 0のとき、最初の輪郭のみ 1以降は数値の階層の輪郭すべてが表示されます。
offset

サンプルプログラム

import cv2

# 8ビット1チャンネルのグレースケールとして画像を読み込む
img = cv2.imread("sample.bmp", cv2.IMREAD_GRAYSCALE) 

contours, hierarchy = cv2.findContours(img, cv2.RETR_TREE, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE ) 

# 画像表示用に入力画像をカラーデータに変換する
img_disp = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_GRAY2BGR)

# 全ての輪郭を描画
cv2.drawContours(img_disp, contours, -1, (0, 0, 255), 2)

# 輪郭の点の描画
for contour in contours:
    for point in contour:
        cv2.circle(img_disp, point[0], 3, (0, 255, 0), -1)

cv2.imshow("Image", img_disp)

# キー入力待ち(ここで画像が表示される)
cv2.waitKey()

（実行結果）