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使用OpenCV实现迷宫解密的全过程

2024-04-02 19:55

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一、你能自己走出迷宫吗？

如下图所示，可以看到是一张较为复杂的迷宫图，相信也有人尝试过自己一点一点的找出口，但我们肉眼来解谜恐怕眼睛有点小难受，特别是走了半天发现这迷宫无解，代入一下已经生气了，所以我们何必不直接开挂，使用opencv来代替我们寻找最优解。

恩，不错，那就整！

注：图像自己截图获取即可。

二、使用OpenCV找出出口。

1、对图像进行二值化处理。

此时我们的图像就反了过来，我们只需要找到一条从入口连续到出口的黑线即可。

import cv2
import numpy as np
 
img = cv2.imread('../photos/1.png')
# cv2.imshow('maze',img)
# cv2.waitKey(0)
# cv2.destroyAllWindows()
 
#对图像进行二值化
# Binary conversion
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
 
#反转tholdolding将给我们一个二进制的图像与白色的墙壁和黑色的背景。
ret, thresh = cv2.threshold(gray, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV)
cv2.imshow('THRESH_BINARY_INV',thresh)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

2、对二值化后的图像进行轮廓检测并标注

可以看到大致路线已经出现。

#对二值化处理的图像进行轮廓检测并标注
# Contours
contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh, cv2.RETR_EXTERNAL,
                                       cv2.CHAIN_APPROX_NONE)
print('len(contours):',len(contours))
 
# dc=cv2.drawContours(thresh, contours, 0, (255, 255, 255), -1)
#用不同颜色来标注
dc=cv2.drawContours(thresh, contours, 0, (255, 255, 255), 5)
 
# TODO 大迷宫的len(contours): 26
dc=cv2.drawContours(dc, contours, 1, (0, 0, 0), 5)
cv2.imshow('drawContours',dc)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

3、对图像阈值进行处理。

#对图像阈值进行处理
ret, thresh = cv2.threshold(dc, 240, 255, cv2.THRESH_BINARY)
 
# ret, thresh = cv2.threshold(thresh, 240, 255, cv2.THRESH_BINARY)
cv2.imshow('thresh2',thresh)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

4、对图像进行扩展操作。

扩张是数学形态领域的两个基本操作者之一，另一个是侵蚀。它通常应用于二进制图像，但有一些版本可用于灰度图像。

操作者对二进制图像的基本效果是逐渐扩大前景像素区域的边界（通常为白色像素）。因此，前景像素的面积大小增加，而这些区域内的孔变小。

# Dilate
ke = 10
# kernel = np.ones((19, 19), np.uint8)
kernel = np.ones((ke, ke), np.uint8)
dilation = cv2.dilate(thresh, kernel, iterations=1)
cv2.imshow('dilation',dilation)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

5、对图像进行侵蚀操作。

侵蚀是第二个形态运算符。它也适用于二进制图像。操作者对二进制图像的基本效果是消除前景像素区域的边界（通常为白色像素）。

因此，前景像素的面积缩小，并且这些区域内的孔变大。

# Erosion
erosion = cv2.erode(dilation, kernel, iterations=1)
cv2.imshow('erosion',erosion)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

6、分迷宫通道找出路径。

为了在原始迷宫图像上显示解决方案，首先将原来的迷宫分割成r，g，b组件。现在通过反转diff图像创建一个掩码。使用在最后一步中创建的掩码的原始迷宫的按位和r和g分量。这一步将从迷宫解决方案的图像部分去除红色和绿色成分。最后一个是合并所有组件，我们将使用蓝色标记的解决方案。

到此我们的迷宫也就走通了，总得来说还是比人眼快一些，当然如果你眼观八方那当我没说￣□￣｜｜

#找到两个图像的差异
diff = cv2.absdiff(dilation, erosion)
 
# 分迷宫的通道
b, g, r = cv2.split(img)
mask_inv = cv2.bitwise_not(diff)
 
# masking out the green and red colour from the solved path
r = cv2.bitwise_and(r, r, mask=mask_inv)
g = cv2.bitwise_and(g, g, mask=mask_inv)
 
res = cv2.merge((b, g, r))
cv2.imshow('Solved Maze', res)
 
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

三、完整代码如下。

import cv2
import numpy as np
 
img = cv2.imread('../photos/1.png')
cv2.imshow('maze',img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
 
 
 
#对图像进行二值化
# Binary conversion
gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
 
#反转tholdolding将给我们一个二进制的图像与白色的墙壁和黑色的背景。
ret, thresh = cv2.threshold(gray, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV)
cv2.imshow('THRESH_BINARY_INV',thresh)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
 
#对二值化处理的图像进行轮廓检测并标注
# Contours
contours, hierarchy = cv2.findContours(thresh, cv2.RETR_EXTERNAL,
                                       cv2.CHAIN_APPROX_NONE)
print('len(contours):',len(contours))
 
# dc=cv2.drawContours(thresh, contours, 0, (255, 255, 255), -1)
#用不同颜色来标注
dc=cv2.drawContours(thresh, contours, 0, (255, 255, 255), 5)
 
# TODO 大迷宫的len(contours): 26
dc=cv2.drawContours(dc, contours, 1, (0, 0, 0), 5)
cv2.imshow('drawContours',dc)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
 
#对图像阈值进行处理
ret, thresh = cv2.threshold(dc, 240, 255, cv2.THRESH_BINARY)
 
# ret, thresh = cv2.threshold(thresh, 240, 255, cv2.THRESH_BINARY)
cv2.imshow('thresh2',thresh)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
 
 
'''
扩张
扩张是数学形态领域的两个基本操作者之一，另一个是侵蚀。它通常应用于二进制图像，但有一些版本可用于灰度图像。
操作者对二进制图像的基本效果是逐渐扩大前景像素区域的边界（通常为白色像素）。因此，前景像素的面积大小增加，而这些区域内的孔变小。
'''
# Dilate
ke = 10
# kernel = np.ones((19, 19), np.uint8)
kernel = np.ones((ke, ke), np.uint8)
dilation = cv2.dilate(thresh, kernel, iterations=1)
cv2.imshow('dilation',dilation)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
 
# Erosion
#侵蚀是第二个形态运算符。它也适用于二进制图像。操作者对二进制图像的基本效果是消除前景像素区域的边界（通常为白色像素）。
# 因此，前景像素的面积缩小，并且这些区域内的孔变大。
erosion = cv2.erode(dilation, kernel, iterations=1)
cv2.imshow('erosion',erosion)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
 
#找到两个图像的差异
diff = cv2.absdiff(dilation, erosion)
cv2.imshow('diff',diff)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
 
# 分迷宫的通道
b, g, r = cv2.split(img)
mask_inv = cv2.bitwise_not(diff)
#为了在原始迷宫图像上显示解决方案，首先将原来的迷宫分割成r，g，b组件。现在通过反转diff图像创建一个掩码。
# 使用在最后一步中创建的掩码的原始迷宫的按位和r和g分量。这一步将从迷宫解决方案的图像部分去除红色和绿色成分。
# 最后一个是合并所有组件，我们将使用蓝色标记的解决方案。
# masking out the green and red colour from the solved path
r = cv2.bitwise_and(r, r, mask=mask_inv)
g = cv2.bitwise_and(g, g, mask=mask_inv)
 
res = cv2.merge((b, g, r))
cv2.imshow('Solved Maze', res)
 
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()