Kanten und Konturen

Die Idee#

Wo ein Bild von hell nach dunkel springt, ist eine Kante. Ein Rechner findet diese Stellen, indem er benachbarte Pixel voneinander abzieht: kleiner Unterschied bedeutet Fläche, großer Unterschied bedeutet Kante.

Wozu es gut ist#

• Teile auf einem Förderband zählen.
• Prüfen, ob ein Bauteil den richtigen Umriss hat.
• Ein Dokument im Foto finden und entzerren.
• Linien, Kreise und Rechtecke messen.

Canny mit automatischen Schwellwerten#

import cv2, numpy as np

def canny_auto(grau, sigma=0.33):
    v = float(np.median(grau))
    unten = int(max(0, (1.0 - sigma) * v))
    oben  = int(min(255, (1.0 + sigma) * v))
    return cv2.Canny(grau, unten, oben)

img  = cv2.imread("teile.jpg")
grau = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
grau = cv2.GaussianBlur(grau, (5, 5), 0)     # ohne das: Rauschkanten
kanten = canny_auto(grau)

konturen, _ = cv2.findContours(kanten, cv2.RETR_EXTERNAL,
                               cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)

for k in konturen:
    flaeche = cv2.contourArea(k)
    if flaeche < 800:
        continue
    umfang = cv2.arcLength(k, True)
    ecken  = cv2.approxPolyDP(k, 0.02 * umfang, True)
    rund   = 4 * np.pi * flaeche / (umfang ** 2)      # 1,0 = perfekter Kreis
    form = "Kreis" if rund > 0.85 else f"{len(ecken)}-Eck"
    print(f"Flaeche {flaeche:8.0f}  Rundheit {rund:.2f}  -> {form}")

Die Konturmerkmale, die man braucht#

Der Gradient#

Die vier Schritte von Canny#

1. 01

   Glätten

   Gaußfilter, damit Rauschen keine Gradienten erzeugt.

2. 02

   Gradient bestimmen

   Sobel in beiden Richtungen, daraus Betrag und Richtung.

3. 03

   Nicht-Maxima unterdrücken

   Nur der stärkste Punkt quer zur Kantenrichtung bleibt stehen. Dadurch werden die Linien ein Pixel dünn.

4. 04

   Hysterese

   Punkte über dem oberen Schwellwert sind sicher Kante. Punkte zwischen den Schwellwerten nur dann, wenn sie mit einer sicheren Kante zusammenhängen.

Der vierte Schritt ist der eigentliche Gewinn: er verbindet unterbrochene Linien und unterdrückt gleichzeitig isolierte Störpunkte, was mit einem einzigen Schwellwert nicht gleichzeitig möglich ist.

Vermessen mit Referenz#

Die Einschränkung „in derselben Ebene" ist entscheidend. Objekte, die näher an der Kamera liegen, erscheinen größer, und ohne Entzerrung ist die Messung um den perspektivischen Faktor falsch. Bei senkrechter Aufnahme mit einem Referenzobjekt neben dem Prüfteil sind Genauigkeiten unter einem Prozent erreichbar, bei schräger Aufnahme ohne Entzerrung leicht zehn Prozent daneben.