【python画像計測】画像内で指定した３点から角度を算出する方法！

この記事では、以下の画像のように画像内で指定した３点がなす角度を算出する方法をご紹介していきます。

今回は以下のような棒が２本だけ書いてあるだけの画像を使って解説していきますが、基本的にはどんな画像でも適用可能です。

それではさっそくやっていきましょう。

※この作業をpythonというプログラミング言語を用いて実行していきます。

インストールから始めたい方は以下からご覧ください。

Pythonプログラミングの始め方！インストール方法から実行まで！

必要なライブラリ一覧
なす角を計算したい3点のピクセル位置を確認
画像内指定位置のなす角を算出する方法
サンプルコードの実行結果
おわりに

必要なライブラリ一覧

今回は以下のライブラリを使用していきます。

〇openCV

〇matplotlib

〇numpy

〇math

openCV以外はAnacondaを使用すればあらかじめインストールされていますが、openCVは自分で追加インストールが必要です。

openCVのインストール方法については以下の記事で解説しています。

【Python-OpenCV】インストール方法、バージョン確認、使用時の注意点

なす角を計算したい3点のピクセル位置を確認

今回なす角を計算するうえで、まずは画像内で角度を測りたい３点を指定してあげる必要があります。

とはいえ、画像を見ただけでどこが何ピクセル目かなんてわかるはずがありませんから、まずは測りたい３点のピクセルはどこなのかを確認する必要があります。

ということで、まずはベースとなる画像を読み込み、そこに３つのプロット点を描写しながら図りたい場所のピクセル位置を確認していきましょう。

※以下の記事では画像内の位置座標を簡単に確認する方法をご紹介しています。興味があればこちらもあわせてご覧ください。

【python-openCV】クリック位置の座標を画像内に表示する方法

そのためのコードは以下の通りです。

import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
import math
import numpy as np
file_name='sample.jpg'
img=cv2.imread(file_name,cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

#まずはここの値を変えながら測りたい場所を指定する
#pos0
x0,y0=386,422
#pos1
x1,y1=715,480
#pos2
x2,y2=815,222

cv2.circle(img,center=(x0,y0),radius=5,color=255,thickness=3)
cv2.circle(img,center=(x1,y1),radius=5,color=255,thickness=3)
cv2.circle(img,center=(x2,y2),radius=5,color=255,thickness=3)
plt.imshow(img,cmap = "gray")

まずはx0,y0,x1,y1,x2,y2の値を変えながらあなたが測りたい場所はどこなのかを試行錯誤で探していきましょう。

私の場合は先ほどのコードを実行すると以下の結果が得られました。

すこしわかりにくいですが、３つの白丸が表示されていることが確認できますね。

まずはこの出力画像を確認しながらあなたが角度を測りたい３点の座標を探していきましょう。

なお、今回はpos0(x0,y0)を角度計算を行う際の中心座標としています。

３点うまくプロットできれば良いというわけではありませんので、順番にはご注意ください。

画像内指定位置のなす角を算出する方法

それでは図りたい場所がわかったところで、実際の角度計測作業に入っていきましょう。

先ほどのコードに追記する形で記述しています。

import cv2
import matplotlib.pyplot as plt
import math
import numpy as np
file_name='sample.jpg'
img=cv2.imread(file_name,cv2.IMREAD_GRAYSCALE)

#まずはここの値を変えながら測りたい場所を指定する
#pos0
x0,y0=386,422
#pos1
x1,y1=715,480
#pos2
x2,y2=815,222

cv2.circle(img,center=(x0,y0),radius=10,color=255,thickness=3)
cv2.circle(img,center=(x1,y1),radius=10,color=255,thickness=3)
cv2.circle(img,center=(x2,y2),radius=10,color=255,thickness=3)
plt.imshow(img,cmap = "gray")

vec1=[x1-x0,y1-y0]
vec2=[x2-x0,y2-y0]
absvec1=np.linalg.norm(vec1)
absvec2=np.linalg.norm(vec2)
inner=np.inner(vec1,vec2)
cos_theta=inner/(absvec1*absvec2)

theta=math.degrees(math.acos(cos_theta))
print('deg='+str(round(theta,2)))

基本的にやっていることとしては、中心位置(pos0)からその他の位置(pos1,pos2)へのベクトルを算出し、それらのベクトルと内積の公式を使うことによってなす角を算出しているだけです。