실습 3 — 규칙으로 모양 이름 붙이기

import math
import cv2
import numpy as np
import pandas as pd

img = cv2.imread("ch13_shapes.png")

def find_shapes(color_img):
    """그림에서 바깥 윤곽선을 찾아 위 줄 → 아래 줄, 왼쪽 → 오른쪽 순서로 돌려준다."""
    gray = cv2.cvtColor(color_img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    _, binary = cv2.threshold(gray, 60, 255, cv2.THRESH_BINARY)
    found, _ = cv2.findContours(binary, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
    row_h = color_img.shape[0] // 2               # 위 줄과 아래 줄을 가르는 높이
    return sorted(found, key=lambda c: (cv2.boundingRect(c)[1] // row_h, cv2.boundingRect(c)[0]))

def features(c, ratio=0.01):
    """규칙에 쓰는 숫자 네 개: 꼭짓점, 긴 변 ÷ 짧은 변, 채움 비율, 볼록 비율."""
    area = cv2.contourArea(c)
    peri = cv2.arcLength(c, True)
    x, y, w, h = cv2.boundingRect(c)
    return {
        "꼭짓점": len(cv2.approxPolyDP(c, ratio * peri, True)),
        "길쭉함": round(max(w, h) / min(w, h), 2),       # 방향과 관계없이 긴 변 ÷ 짧은 변
        "채움비율": round(area / (w * h), 3),
        "볼록비율": round(area / cv2.contourArea(cv2.convexHull(c)), 3),
    }

contours = find_shapes(img)
truth = ["원", "세모", "네모", "막대", "별", "초승달", "팔각형", "기운 네모"]
print("윤곽선:", len(contours))

def name_shape(f):
    """위에서부터 차례로 묻고 처음 맞는 곳에서 멈춘다."""
    if f["볼록비율"] < 0.9:                       # 1. 움푹한 모양
        return "별" if f["꼭짓점"] == 10 else "초승달"
    if f["꼭짓점"] == 3:                          # 2. 꼭짓점 셋
        return "세모"
    if f["꼭짓점"] == 4:
        if f["길쭉함"] >= 2:                      # 3. 길쭉한 네모
            return "막대"
        return "네모" if f["채움비율"] >= 0.9 else "기운 네모"   # 4. 상자를 꽉 채웠나
    if f["꼭짓점"] == 8:                          # 5. 꼭짓점 여덟
        return "팔각형"
    if f["꼭짓점"] > 8:
        return "원"
    return "모름"                                 # 6. 어디에도 안 맞음

rows = []
for answer, c in zip(truth, contours):
    f = features(c)
    rows.append({"정답": answer, **f, "규칙의 답": name_shape(f)})
result = pd.DataFrame(rows)
print(result.to_string(index=False))
print("맞힌 개수:", int((result["정답"] == result["규칙의 답"]).sum()), "/", len(result))

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams["font.family"] = "Malgun Gothic"
plt.rcParams["axes.unicode_minus"] = False

# putText 는 한글을 그리지 못하므로, 그림에 적을 이름은 영어로 바꾼다
english = {"원": "circle", "세모": "triangle", "네모": "square", "막대": "bar", "별": "star",
           "초승달": "crescent", "팔각형": "octagon", "기운 네모": "tilted", "모름": "?"}
named = img.copy()
for c, label in zip(contours, result["규칙의 답"]):
    x, y, w, h = cv2.boundingRect(c)
    # 윤곽선을 흰 선으로 두르고, 상자 아래쪽에 이름을 적는다
    cv2.drawContours(named, [c], -1, (255, 255, 255), 1)
    cv2.putText(named, english[label], (x, min(y + h + 14, 236)),
                cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.4, (255, 255, 255), 1, cv2.LINE_AA)
print("저장:", cv2.imwrite("out_ch13_named.png", named))

plt.figure(figsize=(6.4, 4.8))
plt.imshow(cv2.cvtColor(named, cv2.COLOR_BGR2RGB))
plt.title("규칙으로 붙인 이름")
plt.axis("off")
plt.show()

# (가) epsilon 비율을 0.02 로 바꾼다
by_eps = [name_shape(features(c, ratio=0.02)) for c in contours]

# (나) 그림을 가로세로 0.3 배로 줄인다. INTER_AREA 는 줄일 때 쓰는 보간법이다
small = cv2.resize(img, None, fx=0.3, fy=0.3, interpolation=cv2.INTER_AREA)
small_contours = find_shapes(small)
by_small = [name_shape(features(c)) for c in small_contours]
print("줄인 그림의 크기:", small.shape[:2], "/ 찾은 윤곽선:", len(small_contours))

check = pd.DataFrame({"정답": truth, "비율 0.01": result["규칙의 답"],
                      "비율 0.02": by_eps, "0.3배 그림": by_small})
print(check.to_string(index=False))
for col in ["비율 0.01", "비율 0.02", "0.3배 그림"]:
    print(f"{col}: 맞힌 개수 {int((check['정답'] == check[col]).sum())} / 8")