OpenCV实战：使用Python绘制直线、矩形与圆形

白榆

发布时间：2026-10-14 | 2人浏览过

原创

本文介绍如何利用OpenCV库在Python中绘制基本几何图形。通过构建NumPy数组作为画布，详细演示了cv2.line()绘制直线、cv2.rectangle()绘制矩形（含填充技巧）以及cv2.circle()绘制同心圆和随机圆的方法。涵盖颜色空间转换、参数设置及随机数生成等关键步骤，帮助读者掌握基础图像处理技能。

OpenCV绘图基础与画布构建

前言

在上一节中，我们利用NumPy数组分割技术在图像上绘制了一个绿色方块。然而，若需绘制单条线条或圆形，NumPy并未提供直接支持的功能。OpenCV提供了相应的绘图函数，本节将详细介绍三种基础的OpenCV绘图方法：


cv2.line() #1
cv2.rectangle() #2
cv2.circle() #3

1 画直线和矩形

在开始使用OpenCV绘制图形之前，我们需要先定义一个画布。


import numpy as np #1
import cv2 #2

canvas = np.zeros((300, 300, 3), dtype="uint8") #3

#1-2:

关于所需包的导入

#3：

我们使用np.zeros()方法构建了一个尺寸为300x300的NumPy数组，并分配了三个颜色通道，分别对应Red（红）、Green（绿）、Blue（蓝）。正如zeros函数名所示，该方法用0填充数组的每个元素。np.zeros()的第二个参数是数据类型dtype。由于我们需要以RGB格式表示图像，其取值范围为[0,255]，因此使用“uint8”类型至关重要；若不声明，np.zeros()默认的数据类型为float64。

绘制直线与矩形

1.1 画直线


green = (0, 255, 0) #4
cv2.line(canvas, (0, 0), (300, 300), green) #5
cv2.imshow("Canvas", canvas) #6
cv2.waitKey(0) #7

red = (0, 0, 255) #8
cv2.line(canvas, (300, 0), (0, 300), red, 3) #9
cv2.imshow("Canvas", canvas) #10
cv2.waitKey(0) #11

#4:

我们定义了一个元组来表示绿色。

#5-7:

我们在canvas画布上绘制了一条从坐标(0,0)到(300,300)的绿色直线，显示结果并等待用户按下任意按键。

#8：

我们定义了一个元组来表示红色，再次强调OpenCV采用BGR（蓝绿红）模式而非RGB模式。

#9-11：

我们在canvas上绘制了一条从坐标(300,0)到(0,300)的红色直线，线宽为3像素，这是该函数最后一个参数的含义。随后显示结果并等待按键。

1.2 画矩形


cv2.rectangle(canvas, (10, 10), (60, 60), green) #12
cv2.imshow("Canvas", canvas) #13
cv2.waitKey(0) #14

cv2.rectangle(canvas, (50, 200), (200, 225), red, 5) #15
cv2.imshow("Canvas", canvas) #16
cv2.waitKey(0) #17

blue = (255, 0, 0) #18
cv2.rectangle(canvas, (200, 50), (225, 125), blue, -1) #19
cv2.imshow("Canvas", canvas) #20
cv2.waitKey(0) #21

#12-14：

我们使用了cv2.rectangle()方法，其用法与cv2.line()类似。第一个参数指定在canvas画布上绘图，第二个参数为矩形起始点(10,10)，第三个参数为结束点(60,60)。通过这两点定义了一个50x50像素的区域，第四个参数为矩形边框颜色——绿色。随后显示结果并等待按键。

#15-17：

在第15行代码中，正如我们可以控制直线的粗细，也可以控制矩形的线条粗细。此处最后一个参数“5”表示绘制一个边框粗细为5像素的红色矩形，起点为(50, 200)，终点为(200, 225)。随后显示结果并等待按键。

#18-21

到目前为止，我们绘制的是图形边框。若需填充边框，操作如下：在第19行代码中：


cv2.rectangle(canvas, (200, 50), (225, 125), blue, -1) #19

我们绘制了一个起点为(200,50)，终点为(225,125)的蓝色矩形。当将最后一个设置线型的参数设为“-1”时，即可得到填充蓝色的实心矩形。

绘制圆形：同心圆与随机圆

2 画圆形

绘制圆形与绘制直线和矩形同样简单，但存在一些差异：

2.1 同心圆


canvas = np.zeros((300, 300, 3), dtype="uint8") #22
(centerX, centerY) = (canvas.shape[1] // 2, canvas.shape[0] // 2) #23
white = (255, 255, 255) #24

for r in range(0, 175, 25): #25
 cv2.circle(canvas, (centerX, centerY), r, white) #26

cv2.imshow("Canvas", canvas) #27
cv2.waitKey(0) #28

for i in range(0, 25): #29
 radius = np.random.randint(5, high=200) #30
 color = np.random.randint(0, high=256, size=(3,)) #31

 pt = np.random.randint(0, high=300, size=(2,)) #32

 cv2.circle(canvas, tuple(pt), radius, color, 1) #33

cv2.imshow("Canvas", canvas) #34
cv2.waitKey(0) #35

#22：

我们将画板重置为空白状态。

#23：

我们定义并计算中心点坐标(centerX, centerY)。在第1节和第2节中均提到，shape[0]表示图片高度，shape[1]表示图片宽度。分别取它们的一半，得到centerY和centerX。

#24：

定义白色像素值。

#25-28：

我们从[0,175)范围内以步长25进行循环，依次获取圆的半径。


cv2.circle(canvas, (centerX, centerY), r, white) #26

然后在第26行通过cv2.circle()进行画圆操作。第一个参数指定在canvas上绘图，第二个参数为圆心，第三个参数为半径，第四个参数为颜色。随后显示结果并等待按键。

2.2 随机圆

让我们增加一些趣味性：


for i in range(0, 25): #29
 radius = np.random.randint(5, high=200) #30
 color = np.random.randint(0, high=256, size=(3,)) #31

 pt = np.random.randint(0, high=300, size=(2,)) #32

 cv2.circle(canvas, tuple(pt), radius, color, -1) #33

cv2.imshow("Canvas", canvas) #34
cv2.waitKey(0) #35

#29：

通过循环表示，我们将绘制25个圆。

#30-32：

绘制圆形需要三个基本元素：半径、颜色和圆心。此处需通过np.random.randint利用NumPy生成随机数的能力。


radius = np.random.randint(5, high=200) #30

在第30行，我们在[5,200)范围内生成随机数作为半径。


color = np.random.randint(0, high=256, size=(3,)) #31

在第31行，我们在[0,256)范围内生成随机数。由于颜色值包含3个通道，我们通过size=(3,)让NumPy返回一个包含三个元素的列表。


pt = np.random.randint(0, high=300, size=(2,)) #32

在第32行，我们在[0,300)范围内生成随机数，通过size=(2,)让NumPy返回一个包含2个元素的列表，表示圆心坐标。

#33：


cv2.circle(canvas, tuple(pt), radius, color, -1) #33

在第33行中，我们调用cv2.circle()方法画圆。第一个参数指定在canvas上画圆，第二个参数为圆心坐标，注意必须是元组，因此使用tuple()将列表强制转换为元组。第三个参数为半径，第四个参数为颜色，第5个参数为“-1”，表示生成实心圆。

#34-35：显示结果，并等待按下任意按键。

3 完整代码

新建drawing.py


import numpy as np
import cv2

canvas = np.zeros((300, 300, 3), dtype="uint8")
green = (0, 255, 0)
cv2.line(canvas, (0, 0), (300, 300), green)
cv2.imshow("Canvas", canvas)
cv2.waitKey(0)

red = (0, 0, 255)
cv2.line(canvas, (300, 0), (0, 300), red, 3)
cv2.imshow("Canvas", canvas)
cv2.waitKey(0)

cv2.rectangle(canvas, (10, 10), (60, 60), green)
cv2.imshow("Canvas", canvas)
cv2.waitKey(0)

cv2.rectangle(canvas, (50, 200), (200, 225), red, 5)
cv2.imshow("Canvas", canvas)
cv2.waitKey(0)

blue = (255, 0, 0)
cv2.rectangle(canvas, (200, 50), (225, 125), blue, -1)
cv2.imshow("Canvas", canvas)
cv2.waitKey(0)

canvas = np.zeros((300, 300, 3), dtype="uint8")
(centerX, centerY) = (canvas.shape[1] // 2, canvas.shape[0] // 2)
white = (255, 255, 255)

for r in range(0, 175, 25):
 cv2.circle(canvas, (centerX, centerY), r, white)

cv2.imshow("Canvas", canvas)
cv2.waitKey(0)

for i in range(0, 25):
 radius = np.random.randint(5, high=200)
 color = np.random.randint(0, high=256, size=(3,))

 pt = np.random.randint(0, high=300, size=(2,))

 cv2.circle(canvas, tuple(pt), radius, color, -1)

cv2.imshow("Canvas", canvas)
cv2.waitKey(0)

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