OpenCV中绘制模拟时钟显示当前时间

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前言

在本篇中，将利用绘图函数，学习如何在实战项目中使用绘图，绘制模拟时钟显示当前时间。

模拟时钟外观

结合 OpenCV 中的绘图函数(例如，cv2.line()、cv2.circle()和 cv2.putText() 等)，以渲染更高级的绘图，同时更好的理解和实际运用所了解的绘图函数。为了将所有绘图函数进行综合运用，构建一个模拟时钟来显示当前时间——包括时针、分针和秒针。

为了实现上述需求，编写 clock_appearance.py 脚本。clock_appearance.py 脚本使用 cv.line() 、 cv.circle() 和 cv2.putText() 绘制模拟时钟，首先绘制静态时钟外观，我们需要两个包含固定坐标的数组(至于这些数组是如何计算得到的，将在下一小节中介绍)：

hours_orig = np.array([(620,320), (580, 470), (470, 580), (320, 620), (170, 580), (60, 470), (20, 320), (60, 170), (169, 61), (319, 20), (469, 60), (579, 169)])
hours_dest = np.array([(600,320), (563, 460), (460, 562), (320, 600), (180, 563), (78, 460), (40, 320), (77, 180), (179, 78), (319, 40), (459, 77), (562, 179)])
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这些数组是渲染小时刻度所必需的，因为它们定义了时钟每小时的刻度线条。数组定义完成后，将这些刻度进行绘制：

for i in range(0, 12):
    cv2.line(image, array_to_tuple(hours_orig[i]), array_to_tuple(hours_dest[i]), colors['black'], 3)
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此外，还应该绘制了一个大圆圈，对应于模拟时钟表盘的形状：

cv2.circle(image, (320, 320), 310, colors['black'], 8)
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最后，在时钟内绘制文本，进行个性化定制：

cv2.rectangle(image, (150, 175), (490, 270), colors['dark_gray'], -1)
cv2.putText(image, "Mastering OpenCV 4", (150, 200), 1, 2, colors['light_gray'], 1, cv2.LINE_AA)
cv2.putText(image, "with Python", (210, 250), 1, 2, colors['light_gray'], 1, cv2.LINE_AA)
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一旦在图像中绘制了这些静态信息，我们将其复制到 image_original 图像中：

image_original = image.copy()
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在下图中，可以看到模拟时钟的外观：

模拟时钟的外观

计算时针刻度 hours_orig 和 hours_dest 数组

为了计算计算时针刻度 hours_orig 和 hours_dest 数组，我们编写 clock_hours.py 计算 hours_orig 和 hours_dest 数组的固定坐标。为了计算小时刻度的 (x, y) 坐标，我们使用圆的参数方程：

\begin{cases} x=x_0+r*cos(t), & \text{$0 \le t \le 2\pi$} \\ y=y_0+r*sin(t), & \text{$0 \le t \le 2\pi$} \end{cases}

按照上述公式计算从 0 度开始每隔 30 度为一个时针刻度，共 12 个点 P(x, y) 的坐标( 0、30、60、90、120、150、180、210、240、270、300 和 330 )，为了获取两个端点的坐标，我们具有两个不同的半径。这样，我们就可以得到时针刻度线的坐标：

radius = 300
center = (320, 320)

for x in (0, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330):
    x_coordinate = center[0] + radius * math.cos(x * 3.14 / 180)
    y_coordinate = center[1] + radius * math.sin(x * 3.14 / 180)
    print("x: {} y: {}".format(round(x_coordinate), round(y_coordinate)))

print("----------------------")

for x in (0, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330):
    x_coordinate = center[0] + (radius - 20) * math.cos(x * 3.14 / 180)
    y_coordinate = center[1] + (radius - 20) * math.sin(x * 3.14 / 180)
    print("x: {} y: {}".format(round(x_coordinate), round(y_coordinate)))
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使用模拟时钟显示当前时间

得到表盘外观后，接下来就要使用模拟时钟显示当前时间：

从当前时间获取小时、分钟和秒：

date_time_now = datetime.datetime.now()
time_now = date_time_now.time()
hour = math.fmod(time_now.hour, 12)
minute = time_now.minute
second = time_now.second
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将时、分和秒都转换为角度，用于接下来指针线段的绘制：

second_angle = math.fmod(second * 6 + 270, 360)
minute_angle = math.fmod(minute * 6 + 270, 360)
hour_angle = math.fmod((hour*30) + (minute/2) + 270, 360)
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绘制与时针、分针和秒针对应的线段：

second_x = round(320 + 310 * math.cos(second_angle * 3.14 / 180))
second_y = round(320 + 310 * math.sin(second_angle * 3.14 / 180))
cv2.line(image, (320, 320), (second_x, second_y), colors['cyan'], 2)

minute_x = round(320 + 260 * math.cos(minute_angle * 3.14 / 180))
minute_y = round(320 + 260 * math.sin(minute_angle * 3.14 / 180))
cv2.line(image, (320, 320), (minute_x, minute_y), colors['cyan'], 8)

hour_x = round(320 + 220 * math.cos(hour_angle * 3.14 / 180))
hour_y = round(320 + 220 * math.sin(hour_angle * 3.14 / 180))
cv2.line(image, (320, 320), (hour_x, hour_y), colors['cyan'], 10)
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最后绘制一个小圆圈作为三根指针的连接点：

cv2.circle(image, (320, 320), 10, colors['dark_gray'], -1)
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运行代码可以看到绘制的模拟时钟可以正确显示当前时间：

模拟时钟显示当前时间