cv::findContours 返回的轮廓是否具有一致的方向？

Question

我正在使用 OpenCV 的 cv::findContours 函数来提取二进制图像中的轮廓，特别是，我正在提取轮廓的层次结构（使用 CV_RETR_CCOMP 标志）。在我进一步处理这些轮廓的某个时刻，我需要依赖这些轮廓的一致顶点方向（即逆时针与顺时针）。

当然，我可以使用轮廓区域的符号（由cv::contourArea(..., true) 计算）自己确定该方向，但我想知道这是否有必要（除此之外，它甚至不适用于具有面积为 0，即源图像中的细线）或者cv::findContours 已经保证生成的轮廓的方向一致。我确实检查了一些生成的轮廓，cv::contourArea 确实 似乎 为外部轮廓返回负值，为内部轮廓返回正值。但是，我在 OpenCV 文档中找不到任何实际的保证。

那么，是否特别保证cv::findContours 返回的轮廓始终具有一致的方向？这是否记录在任何地方？或者它是否因版本而异（我的版本是 2.4.5）？实际的paper on the algorithm referenced in the documentation 是否已经对此有所说明？或者也许对 OpenCV 的实际实现有更深入了解的人可以比接口文档多说一点？

Answer 1

我相信 Appendix I 的步骤 1 和 4（在您引用的 [Suzuki85] 论文中，“Topological通过边界跟踪对数字化二进制图像的结构分析”）涵盖了您的以下问题：

(1) 选择以下选项之一：
(a) 若 f _{i, j} = 1 且 f _{i, j - 1} = 0，则判定像素 ( i, j ) 为 外边框的起点，递增NBD，与(i ₁, j ₁) + (i, j - 1)。
(b) ...

(2) 取决于新发现的边框的类型和...

(3) 从起点 (i, j) 开始，沿着检测到的边界...

(4) 如果 f _{i, j} != 1，则 LNBD = | f _{i, j} |并从像素（ i, j + 1 ）恢复光栅扫描。当扫描到达图片的右下角时，算法终止。

Answer 2

从cv:findContours 返回的轮廓应该具有一致的方向。外轮廓应为逆时针方向，内轮廓应为顺时针方向。这直接来自Suzuki's and Abe's paper 的附录 1 中描述的算法。

图像从左上角到右下角逐行扫描。当找到属于边界的像素时，沿着边界以逆时针顺序查看第一个像素的邻居（参见算法中的步骤 3.3），直到找到非背景像素。这被添加到轮廓中，并从该像素继续搜索。

重要的是，在第一次迭代中，首先查看的邻居取决于它是内边界还是外边界。在外边界的情况下，首先访问右侧的邻居；在内部边界的情况下，它是左侧邻居。在下一个搜索步骤中，搜索从最后访问的像素开始。

由于扫描从左上角到右下角，在检测到外边界时，可以确保左侧的所有相邻像素和边界像素的顶部都是背景像素。内边框则正好相反，左侧和顶部的所有邻居都是非背景像素。

结合访问相邻像素的不同起始位置，可以预测轮廓的方向。

此算法在icvFetchContour function 中实现，cv:findContour 在内部使用该算法。从那里可以清楚地看出，像素是按照访问顺序添加到轮廓多边形中的。

正如documentation for cv::findContours 特别指出的那样，他们实现了 Suzuki 等人的算法。并且在本文中，访问像素的方向和顺序是明确定义的，我认为可以假设方向是有保证的。