Pythonでマウスで線を引いて画像からラインプロファイルを抽出する

市販のHalocn、フリーならImageJなどで、画像からラインプロファイルを抽出することができる。ラインプロファイルを解析するところまで1個のソフトでやりたかったのでPythonで作ってみた。今回はラインプロファイルを表示するところまで。

結果

左はサイン波形でグラデーションになるように作った画像。黒線はマウスで引いた線で、リアルタイムに追従するのでどこに線を引いているかわかる。
右は引いた線に対応する輝度値をプロットしたもの。
f:id:greenhornprofessional:20200125194412p:plain

プログラム

Python 3.8.1 opencv-python 4.1.2

opencv 4系ではlineiteratorがないので、stackoverflowにあったコードdef bresenham_marchを使わせてもらった。1か所だけ変更している。詳細はリンク参照。

import numpy as np
import cv2
import math
from matplotlib import pylab as plt

#grobal変数の宣言
drawing = False
comp_roi = False
sx, sy, ex, ey = -1, -1, 0, 0

#ブレゼンハムアルゴリズム。指定した2点がつくる線分を構成する座標と輝度値を返す。
def bresenham_march(img, p1, p2):
    x1 = p1[0]
    y1 = p1[1]
    x2 = p2[0]
    y2 = p2[1]
    #tests if any coordinate is outside the image
    if (   x1 >= img.shape[0]
        or x2 >= img.shape[0]
        or y1 >= img.shape[1]
        or y2 >= img.shape[1]
    ): #tests if line is in image, necessary because some part of the line must be inside, it respects the case that the two points are outside
        if not cv2.clipLine((0, 0, *img.shape), p1, p2):
            print("not in region")
            return

    steep = math.fabs(y2 - y1) > math.fabs(x2 - x1)
    if steep:
        x1, y1 = y1, x1
        x2, y2 = y2, x2

    # takes left to right
    also_steep = x1 > x2
    if also_steep:
        x1, x2 = x2, x1
        y1, y2 = y2, y1

    dx = x2 - x1
    dy = math.fabs(y2 - y1)
    error = 0.0
    delta_error = 0.0
    # Default if dx is zero
    if dx != 0:
        delta_error = math.fabs(dy / dx)

    y_step = 1 if y1 < y2 else -1

    y = y1
    ret = []
    for x in range(x1, x2):
        p = (y, x) if steep else (x, y)
        if p[0] < img.shape[0] and p[1] < img.shape[1]:
            #ret.append((p, img[p]))
            ret.append([p[0], p[1], img[p[0]][p[1]]])   #この1文だけオリジナルから変更している
        error += delta_error
        if error >= 0.5:
            y += y_step
            error -= 1
    if also_steep:  # because we took the left to right instead
        ret.reverse()
    return ret

#マウスイベントから座標を返す
def draw_line(event, x, y, flags, param):
    global sx, sy, ex, ey, drawing, comp_roi

    if event == cv2.EVENT_LBUTTONDOWN:  #左クリック押下時
        drawing = True
        sx = x      #始点x
        sy = y      #始点y
        ex = x      #終点x …ライン描画されてしまうので、隠すために始点と同じ値にする
        ey = y      #終点y …ライン描画されてしまうので、隠すために始点と同じ値にする
        print("Left-clicked. Start point:(%d, %d)" %(sx, sy))

    elif event == cv2.EVENT_MOUSEMOVE:  #左クリックでドラッグ中
        if drawing == True:
            ex = x
            ey = y            
            #print ("Drawing...")  #デバッグ用。これがあるとライン描画が遅くなる
        else:
            pass
        
    elif event == cv2.EVENT_LBUTTONUP:  #左クリック開放時
        drawing = False
        print("Left-releasec. End point:(%d, %d)" %(ex, ey))
        comp_roi = True

img = cv2.imread('SinWave_512_512_1.jpg', cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
temp = img.copy()
cv2.namedWindow('image')
cv2.setMouseCallback('image', draw_line)

#ループ処理。drawingとcomp_roiの状態変化を監視している。
while(1):
    cv2.imshow('image',temp)
    
    #左クリックドラッグ中のライン描画をリアルタイムで描画する
    if drawing:                                     #if(drawing == True): の省略系
        temp = img.copy()                           #これがないと描画が更新されない
        cv2.line(temp,(sx,sy),(ex,ey),(0,255,0),1)  #ライン描画

    #ライン描画が完了したらラインプロファイルを表示する
    if comp_roi:
        comp_roi = False
        P1 = (sy, sx)
        P2 = (ey, ex)
        v = bresenham_march(img, P1, P2)            #ブレゼンハムアルゴリズムに始点と終点を渡す
        f = []
        t = np.arange(len(v))                       #ラインプロファイルの横軸。！要改善！
        for i in range(len(v)):
            f.append(v[i][2])                       #配列vから輝度値だけを配列fに入れる
        plt.plot(t, f)
        plt.show()

    k = cv2.waitKey(1) & 0xFF
    if k == 27:                                     #Escボタンがクリックされたらループを終了する
        break

cv2.destroyAllWindows()