python基於opencv 實現圖像時鐘

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解決方案詳解

繪制表盤

表盤上隻有60條分/秒刻線和12條小時刻線，當然還有表盤的外部輪廓圓，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坐標，那麼畫72根線就變成瞭獲取72組坐標。
平面坐標系下，已知半徑和角度的話，A點的坐標可以表示為：
x=r×cosα
y=r×sinα

先隻考慮將坐標系原點移動到左上角，角度依然是平面坐標系中的逆時針計算，那麼新坐標是：
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°，這樣就得到瞭72組起點坐標，那怎麼得到終點坐標呢？其實同樣的原理，用一個同心的小圓來計算得到B點：

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)
  # 這裡用到瞭前面的pt1
  cv.line(img, pt1[i*5], (int(x), int(y)), (0, 0, 0), thickness=5)


# 到這裡基本的表盤圖就已經畫出來瞭

角度換算

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

因為角度是完全對稱的，順逆時針沒有影響，所以平面坐標系完全不用理會，放在這裡隻是便於大傢理解。對於時鐘坐標和圖像坐標，時鐘0的0°對應圖像的270°，時鐘15的90°對應圖像的360°，時鐘30的180°對應圖像的450°（360°+90°）…
所以兩者之間的關系便是：
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添加日期文字都比較簡單，看代碼就行，我就不解釋瞭。

while(1):
  # 不斷拷貝表盤圖，才能更新繪制，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
  # 參見博客，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. 添加當前日期文字
  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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