OpenCV C++ 绘图入门：矩形、圆、线、椭圆、多边形

在图像处理和计算机视觉项目中，往往需要在图像上绘制各种形状进行标注或调试。OpenCV 提供了丰富的绘图函数，可以轻松实现矩形、圆、线、椭圆、多边形等基本图形的绘制，同时还支持形状的填充以及随机绘图操作。本文将详细介绍这些绘图函数的使用方法，并附上示例代码，帮助大家快速上手 OpenCV 的绘图操作。

1. 矩形绘制 —— cv::rectangle

绘制矩形是最常见的标注操作。使用 cv::rectangle 函数可以在图像上绘制一个矩形框，并支持设置颜色、线宽以及是否填充。

#include <opencv2/opencv.hpp>
using namespace cv;

int main() {
    // 创建一幅空白图像
    Mat image = Mat::zeros(400, 600, CV_8UC3);

    // 定义矩形左上角和右下角坐标
    Point pt1(50, 50);
    Point pt2(250, 200);

    // 绘制矩形，颜色为蓝色，线宽为2，不填充 (-1 表示填充)
    rectangle(image, pt1, pt2, Scalar(255, 0, 0), 2);

    // 绘制填充的矩形
    rectangle(image, Point(300, 50), Point(550, 200), Scalar(0, 255, 0), -1);

    imshow("Rectangle", image);
    waitKey(0);
    return 0;
}

在上面的代码中，第一个 rectangle 绘制的是蓝色边框矩形，第二个则是填充的绿色矩形。

也可以使用下面重载函数。通过Rect参数绘制

 rectangle(image, Rect(100, 100, 200, 200), Scalar(0, 255, 0), -1);

2. 圆形绘制 —— cv::circle

利用 cv::circle 函数，可以在图像上绘制一个圆形。除了指定圆心和半径外，还可以设置边框厚度或使用 -1 表示填充整个圆。

#include <opencv2/opencv.hpp>
using namespace cv;

int main() {
    Mat image = Mat::zeros(400, 600, CV_8UC3);

    // 绘制空心圆，圆心在 (150,200)，半径 50，颜色为红色，线宽 2
    circle(image, Point(150, 200), 50, Scalar(0, 0, 255), 2);

    // 绘制填充圆，圆心在 (450,200)，半径 50，颜色为黄色
    circle(image, Point(450, 200), 50, Scalar(0, 255, 255), -1);

    imshow("Circle", image);
    waitKey(0);
    return 0;
}

上例中演示了如何绘制空心圆和填充圆，可以根据需要调整圆心、半径以及颜色等参数

3. 线条绘制 —— cv::line

cv::line 用于在图像上绘制直线。只需指定起点和终点，线条颜色以及线宽即可实现简单的直线绘制。

#include <opencv2/opencv.hpp>
using namespace cv;

int main() {
    Mat image = Mat::zeros(400, 600, CV_8UC3);

    // 绘制一条白色直线，从 (50,350) 到 (550,350)，线宽为3
    line(image, Point(50, 350), Point(550, 350), Scalar(255, 255, 255), 3);
    //第二条
    line(image, Point(50, 100), Point(550, 100), Scalar(0, 0, 255), 3);

    imshow("Line", image);
    waitKey(0);
    return 0;
}

直线绘制在很多场景中都非常常用，例如标注目标运动轨迹等。

4. 椭圆绘制 —— cv::ellipse

使用 cv::ellipse 函数可以绘制各种椭圆形，包括圆形（椭圆的特殊情况）。该函数不仅支持绘制旋转的椭圆，还可以指定起始角度和终止角度，从而绘制弧线。

#include <opencv2/opencv.hpp>
using namespace cv;

int main() {
    Mat image = Mat::zeros(400, 600, CV_8UC3);

    // 绘制一个椭圆，中心点 (300,200)，长轴 150，短轴 80，旋转角度 30 度，起始角 0，终止角 360
    ellipse(image, Point(300, 200), Size(150, 80), 30, 0, 360, Scalar(255, 0, 255), 2);

    // 绘制一个弧线
    ellipse(image, Point(300, 200), Size(100, 50), 0, 0, 180, Scalar(0, 255, 255), 2);

    imshow("Ellipse", image);
    waitKey(0);
    return 0;
}

在上述代码中，第一个 ellipse 绘制的是一个完整的椭圆，而第二个只绘制了从 0 到 180 度的弧线。也可以把线宽参数2改为-1进行填充。

5. 多边形绘制 —— cv::polylines 与填充 —— cv::fillPoly

有时我们需要绘制任意形状的多边形，这时可以使用 cv::polylines。若需要填充多边形内部，则可以使用 cv::fillPoly 或 cv::fillConvexPoly（当多边形为凸多边形时）。

#include <opencv2/opencv.hpp>
using namespace cv;
using namespace std;

int main() {
    Mat image = Mat::zeros(400, 600, CV_8UC3);

    // 定义一个多边形的顶点数组（例如一个五边形）
    vector<Point> polyPoints;
    polyPoints.push_back(Point(100, 50));
    polyPoints.push_back(Point(200, 30));
    polyPoints.push_back(Point(250, 100));
    polyPoints.push_back(Point(150, 150));
    polyPoints.push_back(Point(50, 100));

    // 绘制多边形边界，颜色为绿色，线宽 2
    const Point* pts = &polyPoints[0];
    int npts = (int)polyPoints.size();
    polylines(image, &pts, &npts, 1, true, Scalar(0, 255, 0), 2);

    // 填充多边形内部，颜色为蓝色
    fillPoly(image, vector<vector<Point> >{polyPoints}, Scalar(255, 0, 0));

    imshow("Polygon", image);
    waitKey(0);
    return 0;
}

上例中，我们首先使用 polylines 绘制了一个五边形的边界，然后利用 fillPoly 将内部填充为蓝色。需要注意的是，polylines 中参数 true 表示多边形闭合。

6. 随机绘图演示

#include "stdio.h"
#include "opencv2/opencv.hpp"
#include <iostream>
using namespace cv;

int main()
{
	Mat srcImage = Mat::zeros(480, 640, CV_8UC3);
	//画矩形
	rectangle(srcImage, Rect(100, 100, 200, 200), Scalar(0, 255, 0), -1);
	//画圆形
	circle(srcImage, Point(300, 300), 100, Scalar(0, 0, 255), 2);
	//画线
	line(srcImage, Point(100, 100), Point(300, 300), Scalar(255, 0, 0), 2);
	//画椭圆
	ellipse(srcImage, Point(320, 240), Size(100, 50), 360, 0, 360, Scalar(255, 255, 255), 2);
	//多边形
	Point p1(100, 100);
	Point p2(200, 100);
	Point p3(300, 200);
	Point p4(200, 400);
	Point p5(80, 300);
	std::vector<Point> points;
	points.push_back(p1);
	points.push_back(p2);
	points.push_back(p3);
	points.push_back(p4);
	points.push_back(p5);
	const Point* pts = (const cv::Point*)Mat(points).data;
	int npt[] = { 5 };
	//polylines(srcImage, points, true, Scalar(0, 0, 255), 2);
	//填充多边形
	//fillPoly(srcImage, points, Scalar(255, 0, 255), 8,0);
	std::vector<std::vector<Point>> contours;
	contours.push_back(points);
	drawContours(srcImage, contours, -1, Scalar(255, 255, 0), -1);
	
	//随机数
	RNG rng(12345);
	while (true)
	{
		int x1 = rng.uniform(0, srcImage.cols);
		int y1 = rng.uniform(0, srcImage.rows);
		int x2 = rng.uniform(0, srcImage.cols);
		int y2 = rng.uniform(0, srcImage.rows);
		Scalar color = Scalar(rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255), rng.uniform(0, 255));
		line(srcImage, Point(x1, y1), Point(x2, y2), color, 1);
		int keyValue = waitKey(20);
		//ESC或Q退出
		if ((keyValue == 27) || (keyValue == 'q'))
			break;
		imshow("src", srcImage);
	}
	cv::destroyAllWindows();
	return 0;
}

drawContours 函数在轮廓查找和绘制中常用到，也可以用于绘制多边形。

7. 小结

本文详细介绍了 OpenCV C++ 中常用的绘图函数及其应用：

• 矩形：cv::rectangle 实现边框绘制和填充效果；
• 圆形：cv::circle 轻松绘制空心和填充圆；
• 直线：cv::line 用于绘制基本直线；
• 椭圆与弧线：cv::ellipse 支持旋转与部分椭圆绘制；
• 多边形：cv::polylines 与 cv::fillPoly 实现多边形边界绘制与填充；
• 随机绘图：利用 cv::RNG 生成随机参数，实现多样化的随机图形绘制。

通过掌握这些绘图函数，开发者可以在图像标注、图形生成、数据可视化等多种场景中得心应手。希望本文能帮助大家更深入地理解 OpenCV 的绘图能力，并在实际项目中发挥作用！