這裡介紹如何在 Python 中使用 OpenCV 在圖片上加上線條等幾何圖案以及文字標示。

在影像處理的程式中，若要比較清楚呈現處理的結果，時常會需要在圖片上加上一些標示的幾何圖形或是文字，比方說在物件辨識的問題上，可能會使用方框將辨識出來的物件框起來，並加註一些文字描述等。


以下我們將介紹 OpenCV 中所提供的幾種繪圖函數，讓我們可以在 Python 程式中快速加上各種標示資訊。

直線

若要圖片中加入直線，可以使用 cv2.line 函數：

cv2.line(影像, 開始座標, 結束座標, 顏色, 線條寬度)

以下是一個簡單的範例：

import numpy as np
import cv2

# 建立一張 512x512 的 RGB 圖片（黑色）
img = np.zeros((256, 256, 3), np.uint8)

# 將圖片用淺灰色 (200, 200, 200) 填滿
img.fill(200)

# 在圖片上畫一條紅色的對角線，寬度為 5 px
cv2.line(img, (0, 0), (255, 255), (0, 0, 255), 5)

# 顯示圖片
cv2.imshow('My Image', img)

# 按下任意鍵則關閉所有視窗
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

執行的結果會像這樣：

OpenCV 視窗

方框

繪製方框可以使用 cv2.rectangle 函數：

cv2.rectangle(影像, 頂點座標, 對向頂點座標, 顏色, 線條寬度)

這裡的線條寬度參數若設定為正的值，則代表正常的線條寬度，而若設定為負的值，則代表畫實心的方框。

以下是接續上面的範例，再加上一個方框的程式碼：

import numpy as np
import cv2

img = np.zeros((256, 256, 3), np.uint8)
img.fill(200)

cv2.line(img, (0, 0), (255, 255), (0, 0, 255), 5)

# 在圖片上畫一個綠色方框，線條寬度為 2 px
cv2.rectangle(img, (20, 60), (120, 160), (0, 255, 0), 2)

# 綠色實心方框
cv2.rectangle(img, (40, 80), (100, 140), (0, 255, 0), -1)

cv2.imshow('My Image', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

執行的結果為：

OpenCV 視窗

這裡的兩個頂點座標並沒有限制一定要指定為哪兩個頂點，不管是右上、左下，或是左上、右下皆可，我們可以把上面的那一行程式碼改為這樣：

cv2.rectangle(img, (20, 160), (120, 60), (0, 255, 0), 2)

這兩種寫法雖然不同，但執行的結果都是一樣的。

圓圈

繪製圓圈可以使用 cv2.circle 函數：

cv2.circle(影像, 圓心座標, 半徑, 顏色, 線條寬度)

這裡的線條寬度參數若設定為正的值，則代表正常的線條寬度，而若設定為負的值，則代表畫實心的圓圈。

以下是接續先前範例，加入圓圈的程式碼：

import numpy as np
import cv2

img = np.zeros((256, 256, 3), np.uint8)
img.fill(200)

cv2.line(img, (0, 0), (255, 255), (0, 0, 255), 5)
cv2.rectangle(img, (20, 60), (120, 160), (0, 255, 0), 2)
cv2.rectangle(img, (40, 80), (100, 140), (0, 255, 0), -1)

# 黃色圓圈，線條寬度為 3 px
cv2.circle(img,(90, 210), 30, (0, 255, 255), 3)

# 藍色實心圓圈
cv2.circle(img,(140, 170), 15, (255, 0, 0), -1)

cv2.imshow('My Image', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

執行的結果為：

OpenCV 視窗

橢圓形

繪製圓圈可以使用 cv2.circle 函數：

cv2.ellipse(影像, 中心座標, 軸長, 旋轉角度, 起始角度, 結束角度, 顏色, 線條寬度)

中心座標參數就是橢圓的中心點座標，軸長這個參數可用來指定橢圓的半長軸與半短軸的長度，旋轉角度參數可以讓橢圓自由旋轉。

起始角度與結束角度兩個參數比較特別，它們是代表要繪製橢圓的那一個部份，如果要畫出一個完整的橢圓，就可以把起始角度設定為 0，結束角度設定為 360，而如果只要畫出一半的橢圓，就可以把起始角度設定為 0，結束角度設定為 180。

其餘的顏色與校條寬度參數的用法，都與先前介紹的函數相同。

以下是加入橢圓形的程式碼：

import numpy as np
import cv2

img = np.zeros((256, 256, 3), np.uint8)
img.fill(200)

cv2.line(img, (0, 0), (255, 255), (0, 0, 255), 5)
cv2.rectangle(img, (20, 60), (120, 160), (0, 255, 0), 2)
cv2.rectangle(img, (40, 80), (100, 140), (0, 255, 0), -1)
cv2.circle(img,(90, 210), 30, (0, 255, 255), 3)
cv2.circle(img,(140, 170), 15, (255, 0, 0), -1)

# 傾斜 45 度的紫色橢圓形
cv2.ellipse(img, (180, 200), (25, 55), 45, 0, 360, (205, 0, 255), 2)

# 傾斜 45 度的半個實心橢圓
cv2.ellipse(img, (180, 200), (20, 50), 45, 0, 180, (255, 0, 255), -1)

cv2.imshow('My Image', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

執行的結果為：

OpenCV 視窗

折線

繪製折線可以使用 cv2.polylines 函數：

cv2.polylines(影像, 頂點座標, 封閉型, 顏色, 線條寬度)

其中頂點座標就是線段之間的頂點座標，這個參數必須要是一個形狀為 (頂點數量, 1, 2) 的陣列，所以通常在把資料放進 cv2.polylines 函數畫圖之前，會先用 reshape 調整一下（請參考下方的範例）。

封閉型參數是一個布林值，若設定為 True 的話，它就會自動把最後一個點座標跟第一個點座標連起來，反之就是不連這一條線段。

以下是使用折線的方式，畫出一個四邊形的程式碼：

import numpy as np
import cv2

img = np.zeros((256, 256, 3), np.uint8)
img.fill(200)

cv2.line(img, (0, 0), (255, 255), (0, 0, 255), 5)
cv2.rectangle(img, (20, 60), (120, 160), (0, 255, 0), 2)
cv2.rectangle(img, (40, 80), (100, 140), (0, 255, 0), -1)
cv2.circle(img,(90, 210), 30, (0, 255, 255), 3)
cv2.circle(img,(140, 170), 15, (255, 0, 0), -1)
cv2.ellipse(img, (180, 200), (25, 55), 45, 0, 360, (205, 0, 255), 2)
cv2.ellipse(img, (180, 200), (20, 50), 45, 0, 180, (255, 0, 255), -1)

# 設定多邊形頂點座標
pts = np.array([[170, 55], [165, 75], [220, 80], [200, 60]], np.int32)

# 將座標轉為 (頂點數量, 1, 2) 的陣列
pts = pts.reshape((-1, 1, 2))

# 繪製多邊形
cv2.polylines(img, [pts], True, (255, 255, 0), 4)

cv2.imshow('My Image', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

執行的結果為：

OpenCV 視窗

文字

若要在圖片上加上文字，可以使用 cv2.putText 函數：

cv2.putText(影像, 文字, 座標, 字型, 大小, 顏色, 線條寬度, 線條種類)

這裡的座標是指文字的左下角座標點，而字型可使用 OpenCV 內建的幾種字型（請看以下範例），大小則是代表字型的縮放比例（例如 1.5 就代表放大 1.5 倍）。

最後一項線條種類參數可以指定如何繪製線條，若想要有反鋸齒（anti-aliasing）的效果，可設定為 cv2.LINE_AA。這項參數也可以省略不寫，若省略的話預設值為 cv2.LINE_8。

import numpy as np
import cv2

img = np.zeros((400, 400, 3), np.uint8)
img.fill(90)

# 文字
text = 'Hello, OpenCV!'

# 使用各種字體
cv2.putText(img, text, (10, 40), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,
  1, (0, 255, 255), 1, cv2.LINE_AA)

cv2.putText(img, text, (10, 80), cv2.FONT_HERSHEY_PLAIN,
  1, (0, 255, 255), 1, cv2.LINE_AA)

cv2.putText(img, text, (10, 120), cv2.FONT_HERSHEY_DUPLEX,
  1, (0, 255, 255), 1, cv2.LINE_AA)

cv2.putText(img, text, (10, 160), cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX,
  1, (0, 255, 255), 1, cv2.LINE_AA)

cv2.putText(img, text, (10, 200), cv2.FONT_HERSHEY_TRIPLEX,
  1, (0, 255, 255), 1, cv2.LINE_AA)

cv2.putText(img, text, (10, 240), cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX_SMALL,
  1, (0, 255, 255), 1, cv2.LINE_AA)

cv2.putText(img, text, (10, 280), cv2.FONT_HERSHEY_SCRIPT_SIMPLEX,
  1, (0, 255, 255), 1, cv2.LINE_AA)

cv2.putText(img, text, (10, 320), cv2.FONT_HERSHEY_SCRIPT_COMPLEX,
  1, (0, 255, 255), 1, cv2.LINE_AA)

cv2.imshow('My Image', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

執行的結果為：

OpenCV 視窗

使用 TTF 字型檔

OpenCV 所內建的字體很少，如果需要使用到別的字體，可以靠著 PIL 模組，直接從 ttf 字型檔來讀取字體。以下是一個使用中文字型檔，顯示中文字的範例：

import numpy as np
import cv2
from PIL import ImageFont, ImageDraw, Image

img = np.zeros((450, 450, 3), np.uint8)

# 將背景設定為大紅色
img[:] = (0, 0, 255)

# 文字
text = '招財n進寶'

# 指定 TTF 字體檔
fontPath = "./康熙字典體.ttf"

# 載入字體
font = ImageFont.truetype(fontPath, 192)

# 將 NumPy 陣列轉為 PIL 影像
imgPil = Image.fromarray(img)

# 在圖片上加入文字
draw = ImageDraw.Draw(imgPil)
draw.text((30, 30),  text, font = font, fill = (0, 0, 0))

# 將 PIL 影像轉回 NumPy 陣列
img = np.array(imgPil)

cv2.imshow('My Image', img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

執行的結果為：

OpenCV 視窗

參考資料：OpenCV 的文件、OpenCV 的文件