【OpenCvSharp】距離変換を用いて内側の図形を取得する

入力した任意の図形から、その図形の1px内側の図形を抽出する。
イメージはこう。少し見づらいですが外側が赤、内側が緑になっています。

今回は距離変換を用いて内側の図形を取得します。

パラメータ

• 画像データ
  画像データの前提条件は下記。
  1. 閉じた図形である。
  2. 図形は一つだけ描かれている。
  3. 二値画像である。

距離変換

OpenCv(Sharp)にはDistanceTransform()という距離変換を行う便利関数があるのでこれを使う。
Matを入力にMat<float>を返し、このfloatがその画素における距離である。

DistanceTransform()には二つパラメータがある。

• DistanceType:
  距離計算方法。主にL1, L2, Cを使う。

  • DistanceType.L1: 市街地距離
  • DistanceType.L2: ユークリッド距離
  • DistanceType.C: チェス盤距離
  • DistanceType.L12: L1とL2の中間の性質を持つ距離
  • DistanceType.Fair, Welsch, Huber: いずれも外れ値に対して頑健な距離計算

• DistanceTransformMasks:
  距離計算に用いるマスクサイズ。マスクサイズが大きいほど複雑な形状に対応した距離変換になる

  • DistanceTransformMasks.Mask3: 3*3の範囲をマスク
  • DistanceTransformMasks.Mask5: 5*5の範囲をマスク
  • DistanceTransformMasks.Precise: より精密な計算のためのマスク
    • ドキュメントではまだサポートされていないとあるが、エラーにはならず動くのでMask3かMask5に変換されているのか？

今回は市街地距離で計算し、複雑な図形を扱わないことからMask3を採用する。

最終的なコード

下記では距離変換で得られた距離をインデックスとして、色付けして見やすくしている。

public void ShowDistanceColor(Mat binaryImage)
{
    // 距離変換を適用する
    var dist = binaryImage.DistanceTransform(DistanceTypes.C, DistanceTransformMasks.Mask3);
    dist.MinMaxLoc(out double _, out var maxVal);

    // 出力画像の準備
    var output = binaryImage.CvtColor(ColorConversionCodes.GRAY2BGR);
    var random = new Random();

    // 距離値ごとに色を変えて描画する
    for (var distance = 0; distance <= (int) maxVal; distance++)
    {
        var color = new Vec3b(
            (byte) random.Next(256),
            (byte) random.Next(256),
            (byte) random.Next(256));

        for (var y = 0; y < dist.Rows; y++)
        for (var x = 0; x < dist.Cols; x++)
        {
            if ((int) dist.At<float>(y, x) != distance) continue;
            // 好きなように処理する
            output.Set(y, x, color);
        }
    }

    Cv2.ImShow("Color Coded Distance Map", output);
    Cv2.WaitKey(0);
}

ちなみにこれを実行すると下記のような画像が得られます。

まとめ

画像処理のアルゴリズムって勉強していると「いつ使うんだろ？」と思うこと多いけどふとした時に使う場面と出くわしますね。