如何在OpenCV中通过两个端点、半径和圆心绘制圆弧

直接调用OpenCV原生ellipse接口即可实现，圆是长短轴相等的特殊椭圆，不需要手动逐点计算圆弧像素，渲染效率和边缘平滑度都有保证。
预期实现效果参考：
#

实现步骤 #

• 计算端点对应圆周角度
  OpenCV绘制圆弧需要传入起始角度、终止角度，角度规则为：以圆心为原点，x轴正方向（向右）为0度，沿顺时针方向角度递增，单位为角度（非弧度）。
  对任意端点(x,y)，计算其相对于圆心(cx, cy)的角度公式：

  dx = x - cx
  dy = y - cy
  弧度值 = atan2(dy, dx)
  角度值 = 弧度值 * 180 / π
  

  注意atan2参数顺序：第一个参数传y方向差值，第二个传x方向差值，顺序写反会导致角度计算完全错误。
• 确定圆弧绘制范围
  两个端点会把整圆切为两段弧，ellipse的绘制逻辑是始终从startAngle顺时针绘制到endAngle，扫过的角度为endAngle - startAngle：
  • 画较短的劣弧时，保证endAngle - startAngle的绝对值小于180即可
  • 画较长的优弧时，可以给终止角度加360，保证扫过的角度大于180
  • 画多段不同颜色的圆弧，只需要依次算出每段弧的起止角度，分别调用ellipse传入对应颜色即可
• 调用接口绘制
  绘制圆对应的圆弧时，ellipse的椭圆旋转角度参数传0，长短轴参数都传已知半径即可。

代码示例 #

Python 版本 #

import cv2
import math
import numpy as np

# 已知参数：圆心坐标、半径、两个圆弧端点
cx, cy = 200, 200
radius = 100
p1 = (300, 200)
p2 = (200, 300)

# 新建空白画布
canvas = np.zeros((400, 400, 3), dtype=np.uint8)

# 角度计算函数
def get_point_angle(pt, center_x, center_y):
    dx = pt[0] - center_x
    dy = pt[1] - center_y
    return math.atan2(dy, dx) * 180 / math.pi

angle1 = get_point_angle(p1, cx, cy)
angle2 = get_point_angle(p2, cx, cy)

# 绘制p1到p2的红色劣弧（90度）
cv2.ellipse(
    canvas,
    center=(cx, cy),
    axes=(radius, radius),
    angle=0,
    startAngle=angle1,
    endAngle=angle2,
    color=(0, 0, 255),  # OpenCV为BGR通道顺序，此处为红色
    thickness=2,
    lineType=cv2.LINE_AA  # 抗锯齿
)

# 绘制剩余的蓝色优弧（270度）
cv2.ellipse(
    canvas,
    center=(cx, cy),
    axes=(radius, radius),
    angle=0,
    startAngle=angle2,
    endAngle=angle1 + 360,
    color=(255, 0, 0),  # 蓝色
    thickness=2,
    lineType=cv2.LINE_AA
)

# 展示结果
cv2.imshow("arc_draw_demo", canvas)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

C++ 版本 #

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <cmath>

using namespace cv;

double calcPointAngle(Point2f pt, float cx, float cy) {
    float dx = pt.x - cx;
    float dy = pt.y - cy;
    return atan2(dy, dx) * 180 / CV_PI;
}

int main() {
    // 已知参数
    float cx = 200, cy = 200, r = 100;
    Point2f p1(300, 200), p2(200, 300);
    Mat canvas = Mat::zeros(400, 400, CV_8UC3);

    double a1 = calcPointAngle(p1, cx, cy);
    double a2 = calcPointAngle(p2, cx, cy);

    // 画红色劣弧
    ellipse(canvas, Point(cx, cy), Size(r, r), 0, a1, a2, Scalar(0,0,255), 2, LINE_AA);
    // 画蓝色优弧
    ellipse(canvas, Point(cx, cy), Size(r, r), 0, a2, a1 + 360, Scalar(255,0,0), 2, LINE_AA);

    imshow("arc_draw_demo", canvas);
    waitKey(0);
    return 0;
}

注意事项 #

• 不要通过手动计算圆弧散点再连线的方式绘制，原生接口做了亚像素优化，抗锯齿效果更好，运行速度也更快
• 颜色参数注意OpenCV默认是BGR通道顺序，和常规RGB顺序相反，不要传错
• 如果绘制的弧和端点没有对齐，优先检查角度计算时dx、dy的顺序和符号，以及角度单位是否误传了弧度
• 多段彩色圆弧不需要做蒙版或者位运算，按顺序分段绘制即可，后绘制的内容会覆盖在之前的内容上方

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Ali Rafay