OpenCV Javaで画像内のオブジェクトに楕円をフィットさせる方法

OpenCVでは、org.opencv.imgproc.Imgprocクラスが提供するfitEllipse()メソッドを使用することで、図形に楕円をフィットさせることができます。このメソッドはMatOfPoint2f型のオブジェクトを受け取り、与えられた点群に最も適合する楕円を最小二乗法によって計算し、その結果をRotatedRectオブジェクトとして返します。

この機能を利用すると、画像内の候補となるオブジェクト（形状）の周囲に自動的に楕円を描画できます。具体的な手順は以下の通りです。

• imread()メソッドを使って画像を読み込みます。

• cvtColor()メソッドを使って画像をグレースケールに変換します。

• threshold()メソッドを使ってグレー画像を二値化します。

• findContours()メソッドを使って画像内の輪郭を検出します。

• 各輪郭をMatOfPoint2fとしてfitEllipse()メソッドに渡し、対応するRotatedRectオブジェクトを取得します。

• 最後に、ellipse()メソッドを使って検出した形状の周囲に楕円を描画します。

注意： 楕円を正しくフィットさせるためには、対象のオブジェクトが少なくとも5つの点を含んでいる必要があります。点数が5未満の輪郭に対してfitEllipse()を呼び出すとエラーになるため、事前に点数をチェックしておきましょう。

サンプルコード

import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
import org.opencv.core.Core;
import org.opencv.core.Mat;
import org.opencv.core.MatOfPoint;
import org.opencv.core.MatOfPoint2f;
import org.opencv.core.RotatedRect;
import org.opencv.core.Scalar;
import org.opencv.highgui.HighGui;
import org.opencv.imgcodecs.Imgcodecs;
import org.opencv.imgproc.Imgproc;

public class FitEllipseExample {
   public static void main(String args[]) throws Exception {
      //OpenCVのコアライブラリを読み込む
      System.loadLibrary(Core.NATIVE_LIBRARY_NAME);

      //画像ファイルを読み込む
      String file = "D:\\Images\\javafx_graphical.jpg";
      Mat src = Imgcodecs.imread(file);

      //ソース画像をグレースケールに変換し、さらに二値化する
      Mat gray = new Mat(src.rows(), src.cols(), src.type());
      Imgproc.cvtColor(src, gray, Imgproc.COLOR_BGR2GRAY);
      Mat binary = new Mat(src.rows(), src.cols(), src.type(), new Scalar(0));
      Imgproc.threshold(gray, binary, 100, 255, Imgproc.THRESH_BINARY_INV);

      //輪郭を検出する
      List<MatOfPoint> contours = new ArrayList<>();
      Mat hierarchy = new Mat();
      Imgproc.findContours(binary, contours, hierarchy,
            Imgproc.RETR_TREE, Imgproc.CHAIN_APPROX_SIMPLE);

      //各輪郭に対して楕円をフィットさせる
      RotatedRect[] rec = new RotatedRect[contours.size()];
      for (int i = 0; i < contours.size(); i++) {
         rec[i] = new RotatedRect();
         if (contours.get(i).rows() > 5) {
            rec[i] = Imgproc.fitEllipse(
                  new MatOfPoint2f(contours.get(i).toArray()));
         }
         Scalar color_elli = new Scalar(190, 0, 0);
         Imgproc.ellipse(src, rec[i], color_elli, 5);
      }

      //結果を表示する
      HighGui.imshow("Contours operation", src);
      HighGui.waitKey();
   }
}

入力画像

出力結果

このように、二値化と輪郭検出を組み合わせて得られた各輪郭にfitEllipse()を適用することで、画像内の複数のオブジェクトを一度に楕円で囲むことができます。物体検出や形状解析の前処理として非常に有用なテクニックなので、ぜひ活用してみてください。