python基於opencv 實現影像時鐘

千秋, 發表於 2021-01-05
Python OpenCV

這篇文章主要介紹了python基於opencv 實現影像時鐘的方法,幫助大家更好的理解和使用python,感興趣的朋友可以瞭解下

解決方案詳解

python基於opencv 實現影像時鐘

繪製錶盤

錶盤上只有60條分/秒刻線和12條小時刻線,當然還有錶盤的外部輪廓圓,也就是重點在如何畫72根線。先把簡單的圓畫出來:

import cv2 as cv
import math
import datetime
import numpy as np

margin = 5 # 上下左右邊距
radius = 220 # 圓的半徑
center = (center_x, center_y) = (225, 225) # 圓心

# 1. 新建一個畫板並填充成白色
img = np.zeros((450, 450, 3), np.uint8)
img[:] = (255, 255, 255)

# 2. 畫出圓盤
cv.circle(img, center, radius, (0, 0, 0), thickness=5)

我們使用OpenCV畫直線的時候,需知道直線的起點和終點座標,那麼畫72根線就變成了獲取72組座標。
平面座標系下,已知半徑和角度的話,A點的座標可以表示為:
x=r×cosα
y=r×sinα

python基於opencv 實現影像時鐘

先只考慮將座標系原點移動到左上角,角度依然是平面座標系中的逆時針計算,那麼新座標是:
x=r+r×cosα
y=r+r×sinα
對於60條分/秒刻線,刻線間的夾角是360°/60=6°,對於小時刻線,角度是360°/12=30°,這樣就得到了72組起點座標,那怎麼得到終點座標呢?其實同樣的原理,用一個同心的小圓來計算得到B點:

python基於opencv 實現影像時鐘

通過A/B兩點就可以畫出直線:

pt1 = []

# 3. 畫出60條秒和分鐘的刻線
for i in range(60):
  # 最外部圓,計算A點
  x1 = center_x+(radius-margin)*math.cos(i*6*np.pi/180.0)
  y1 = center_y+(radius-margin)*math.sin(i*6*np.pi/180.0)
  pt1.append((int(x1), int(y1)))

  # 同心小圓,計算B點
  x2 = center_x+(radius-15)*math.cos(i*6*np.pi/180.0)
  y2 = center_y+(radius-15)*math.sin(i*6*np.pi/180.0)

  cv.line(img, pt1[i], (int(x2), int(y2)), (0, 0, 0), thickness=2)

# 4. 畫出12條小時的刻線
for i in range(12):
  # 12條小時刻線應該更長一點
  x = center_x+(radius-25)*math.cos(i*30*np.pi/180.0)
  y = center_y+(radius-25)*math.sin(i*30*np.pi/180.0)
  # 這裡用到了前面的pt1
  cv.line(img, pt1[i*5], (int(x), int(y)), (0, 0, 0), thickness=5)


# 到這裡基本的錶盤圖就已經畫出來了

python基於opencv 實現影像時鐘

角度換算

接下來算是一個小難點,首先時鐘的起始座標在正常二維座標系的90°方向,其次時鐘跟影像一樣,都是順時針計算角度的,所以三者需要統一下:

python基於opencv 實現影像時鐘

因為角度是完全對稱的,順逆時針沒有影響,所以平面座標系完全不用理會,放在這裡只是便於大家理解。對於時鐘座標和影像座標,時鐘0的0°對應影像的270°,時鐘15的90°對應影像的360°,時鐘30的180°對應影像的450°(360°+90°)…
所以兩者之間的關係便是:
計算角度 = 時鐘角度+270°
計算角度 = 計算角度 if 計算角度<=360° else 計算角度-360°

同步時間

Python中如何獲取當前時間和新增日期文字都比較簡單,看程式碼就行,我就不解釋了。

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while(1):

  # 不斷拷貝錶盤圖,才能更新繪製,不然會重疊在一起

  temp = np.copy(img)

 

  # 5. 獲取系統時間,畫出動態的時-分-秒三條刻線

  now_time = datetime.datetime.now()

  hour, minute, second = now_time.hour, now_time.minute, now_time.second

 

  # 畫秒刻線

  # 參見部落格,OpenCV中的角度是順時針計算的,所以需要轉換下

  sec_angle = second*6+270 if second <= 15 else (second-15)*6

  sec_x = center_x+(radius-margin)*math.cos(sec_angle*np.pi/180.0)

  sec_y = center_y+(radius-margin)*math.sin(sec_angle*np.pi/180.0)

  cv.line(temp, center, (int(sec_x), int(sec_y)), (255, 0, 0), 2)

 

  # 畫分刻線

  min_angle = minute*6+270 if minute <= 15 else (minute-15)*6

  min_x = center_x+(radius-35)*math.cos(min_angle*np.pi/180.0)

  min_y = center_y+(radius-35)*math.sin(min_angle*np.pi/180.0)

  cv.line(temp, center, (int(min_x), int(min_y)), (0, 255, 0), 8)

 

  # 畫時刻線

  hour_angle = hour*30+270 if hour <= 3 else (hour-3)*30

  hour_x = center_x+(radius-75)*math.cos(hour_angle*np.pi/180.0)

  hour_y = center_y+(radius-75)*math.sin(hour_angle*np.pi/180.0)

  cv.line(temp, center, (int(hour_x), int(hour_y)), (0, 0, 255), 20)

 

  # 6. 新增當前日期文字

  font = cv.FONT_HERSHEY_SIMPLEX

  time_str = now_time.strftime("%d/%m/%Y")

  cv.putText(img, time_str, (135, 275), font, 1, (0, 0, 0), 2)

 

  cv.imshow('clocking', temp)

  if cv.waitKey(1) == 27: # 按下ESC鍵退出

    break

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