在图像处理中如何找到两张图片之间的轮廓差异？

Question

我试图找到两个图像之间一个或多个差异的轮廓。

假设您有两个相同的图像。然后在其中一个图像的随机位置添加一个不透明的正方形和三角形。这些形状不能重叠。

我想要获取这些形状最外层像素的坐标，并且这些坐标必须被“分组” -> 我想要获取两组坐标，每组一个形状。

我尝试比较每个像素并获取最小和最大x和y值，这给了我形状的边界框。这有两个问题：它给我边界框而不是形状的轮廓。而且它仅适用于图像中没有超过一个形状的情况。

我无法想出一种方法来完成这项任务。

我几乎完全依赖php，但可以使用gd或imagick。我稍微倾向于gd，但imagick更快，更强大，所以也可以。

额外加分：最终结果应该是每个形状的简单（尽可能简单）多边形。某些精度损失是可以接受的，事实上是可以鼓励的。多边形的线条不必完美地遵循轮廓，允许一些偏差以换取更少的点。

编辑：
我所说的“轮廓”是这样的：假设我有一个画了一个矩形的图像。我想要找到的轮廓是组成矩形的四个点。涂上这个正方形的图像可以是任何图像。它可能是白色画布，也可能是风景或肖像，你说了算。
我现在意识到顺序很重要。我必须能够重新绘制正方形，而不会得到沙漏形状。

编辑2：
我正在使用imagick接近一步。

convert img/modified.png img/original.png -compose ChangeMask -composite out.png

这个命令使用原始图像作为蒙版（mask），将其应用到修改后的版本中，得到只有形状的图像。也许我可以使用标准的边缘检测算法来处理这张图像。
但是存在一个问题：只有当图像中只有一种形状时才能正常工作。但如果这是必然的结果，那么应该就没问题了。 编辑 3：
现在我可以获取不太复杂的形状轮廓。但它的结果有数百个点，这太多了。需要将其压缩到大约20个点左右。

具体过程如下：

• 我使用上述 ImageMagick 命令得到只包含形状的图像，其余部分透明。
• 在此图像中，我从顶部 (0,0) 开始向下查找非透明像素。然后查看 (1,0) 等等。当到达末尾时，我从 (width,0) 开始向左查找非透明像素，这样就遍历了整个图像的轮廓。

- Dennis Haarbrink

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为什么不尝试使用标准轮廓算法之一呢？例如，Canny、梯度、拉普拉斯…… - Eddy_Em

这些算法是用于边缘检测的，而这不是我想要做的。你可以将其视为查找两个图像之间的差异。 - Dennis Haarbrink

那么，“轮廓”是什么意思？如果这是等值线，您可以使用Marching Squares算法。 - Eddy_Em

@Eddy_Em 请看修改后的问题。希望这样更清楚了。 - Dennis Haarbrink

也许您可以添加一个图像来展示您想要实现的内容？比矩形示例更复杂的内容。包括两个源图像和您期望的结果。这将有助于推荐解决方案。 - user2454182

Answer 1

这里有几种不错的轮廓跟踪算法。个人而言，我使用了Moore-neighborhood追踪算法（另一个链接），获得了良好的结果。我发现它很精确，可以保留顺序，避免出现沙漏问题。

但是，在我进行这一步之前，我经常需要进行一些预处理（形态滤波器或图像减法（正如你发现的那样））。

完成这两个步骤后，您应该会有一系列点。您有两个选项：

1) 复杂情况：将它们收集到向量中。如果向量的斜率（或方向）发生了显著变化，那么你就知道有一个点。像potrace这样的命令行工具可以做到这一点。Potrace的算法在这里，非常好用。在你的简单矩形示例中，这将起作用，但在更复杂的场景中，如圆形（你只需要有很多圆形向量），它也会起作用。

2) 简单情况：使用Moore-Neigborhood遍历你找到的像素，并确定方向的变化。（即如果三个像素组成一条线，而接下来的三个像素不是通过某个阈值x“在线”，那么你就有了一个拐角）。这个算法对于正方形是有效的，但对于更复杂的图像，如八边形和圆形，在线之间的角度差异更为明显时，它开始失效。

如果你所有的形状都足够简单（正方形、圆形等），你还可以考虑模板匹配（简单形状检测）。Aforge文档中有一个好的链接，位于这里。

- Matt Johnson