PythonのOpenCVモジュールで画像に幾何学図形を描画する方法

はじめに

OpenCVの基本操作のひとつが「画像への描画」です。線、円、矩形（長方形）など、さまざまな幾何学形状を画像上に追加できます。

画像解析の現場では、画像の一部を強調表示したい場面がよくあります。たとえば、注目したい領域を囲む矩形を追加したり、特定の場所を指し示す矢印を描いたりするケースです。本記事では、PythonのOpenCVモジュールを使って画像に幾何学図形を描画する方法を、サンプルコードとともにわかりやすく解説します。

主な描画関数一覧

• cv2.line() … 画像に直線を描画する関数
• cv2.rectangle() … 画像に矩形を描画する関数
• cv2.circle() … 画像に円を描画する関数
• cv2.putText() … 画像にテキストを書き込む関数
• cv2.ellipse() … 画像に楕円を描画する関数

準備：空の画像（キャンバス）を作成する

まず、NumPyのnp.zeros()関数を使って、すべてのピクセルが0（黒）の空の画像を作成します。これが描画用のキャンバスになります。

import numpy as np
import cv2

my_img = np.zeros((350, 350, 3), dtype = "uint8")
cv2.imshow('Window', my_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

実行すると、真っ黒なウィンドウが表示されます。この黒いキャンバスに対して、これからさまざまな図形を描いていきます。

直線を描く（cv2.line）

直線を描画するには、cv2.line()関数を使用します。この関数は5つの引数を受け取ります。

• 描画対象の画像オブジェクト
• 始点の座標 (x, y)
• 終点の座標 (x, y)
• 線の色（BGR形式。RGBではない点に注意）
• 線の太さ（ピクセル単位）

サンプルコード

import numpy as np
import cv2

my_img = np.zeros((350, 350, 3), dtype = "uint8")

# 直線を描画
cv2.line(my_img, (202, 220), (100, 160), (0, 20, 200), 10)

cv2.imshow('Window', my_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

実行結果

矩形（長方形）を描く（cv2.rectangle）

矩形を描画するには、cv2.rectangle()関数を使用します。この関数も5つの引数を受け取ります。

• 描画対象の画像オブジェクト
• 左上の頂点の座標 (x, y)
• 右下の頂点の座標 (x, y)
• 線の色（BGR形式）
• 線の太さ（ピクセル単位）

サンプルコード

import numpy as np
import cv2

my_img = np.zeros((400, 400, 3), dtype = "uint8")

# 矩形を描画
cv2.rectangle(my_img, (30, 30), (300, 200), (0, 20, 200), 10)

cv2.imshow('Window', my_img)
# ウィンドウが閉じられるまで画像を表示し続ける
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

実行結果

円を描く（cv2.circle）

円を描画するには、cv2.circle()関数を使用します。引数は以下の5つです。

• 描画対象の画像オブジェクト
• 中心の座標 (x, y)
• 円の半径
• 線の色（BGR形式）
• 線の太さ（ピクセル単位）

サンプルコード

import numpy as np
import cv2

my_img = np.zeros((400, 400, 3), dtype = "uint8")

# 円を描画
cv2.circle(my_img, (200, 200), 80, (0, 20, 200), 10)

cv2.imshow('Window', my_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

実行結果

楕円を描く（cv2.ellipse）

楕円を描画するには、cv2.ellipse()関数を使用します。この関数は8つの引数を受け取ります。

• 描画対象の画像オブジェクト
• 中心の座標 (x, y)
• 短軸と長軸の長さ (h, w)
• 楕円の回転角度（反時計回りで計算）
• 開始角度（時計回りで計算）
• 終了角度（時計回りで計算）
• 線の色（BGR形式）
• 線の太さ（-1を指定すると塗りつぶし）

サンプルコード

import numpy as np
import cv2

my_img = np.zeros((400, 400, 3), dtype = "uint8")

# 楕円を描画
cv2.ellipse(my_img,(256,256),(100,50),0,0,180,255,-1)

cv2.imshow('Window', my_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

実行結果

多角形を描く（cv2.polylines）

多角形を描画するには、cv2.polylines()関数を使用します。必要な引数は以下の5つです。

• 描画対象の画像オブジェクト
• 座標の配列
• 閉じた線にする場合はTrue
• 線の色
• 線の太さ

サンプルコード

import numpy as np
import cv2

my_img = np.zeros((400, 400, 3), dtype = "uint8")

pts = np.array([[10,5],[20,30],[70,20],[50,10]], np.int32)
pts = pts.reshape((-1,1,2))

cv2.polylines(my_img,[pts],True,(0,255,255))

cv2.imshow('Window', my_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

実行結果

テキストを描く（cv2.putText）

OpenCVで画像にテキストを書き込むには、cv2.putText()関数を使用します。引数は以下の通りです。

• 描画対象の画像
• 書き込むテキスト
• テキスト開始点の座標
• 使用するフォント
• フォントサイズ
• 文字色
• 文字の太さ
• 線の種類（アンチエイリアス指定可）

サンプルコード

import numpy as np
import cv2

my_img = np.zeros((400, 400, 3), dtype = "uint8")

# テキストを書き込む
font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
cv2.putText(my_img, 'Tutorials Point', (50, 50), font, 0.8, (255, 0, 0), 2, cv2.LINE_AA)

cv2.imshow('Window', my_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

実行結果

まとめ

OpenCVには、cv2.line()、cv2.rectangle()、cv2.circle()、cv2.ellipse()、cv2.polylines()、cv2.putText()といった豊富な描画関数が用意されています。これらを組み合わせることで、画像解析結果の可視化や注釈付けなどを簡単に行えます。色指定がBGR形式である点や、線の太さに-1を指定すると図形が塗りつぶされる点など、細かい仕様を押さえておくと、より効果的に活用できるでしょう。