00、背景

设计院提供2D的电气图，如何快速进行二次修改？

如果直接提供CAD矢量图，那就很方便。但设计院为了知识版权，一般只会提供pdf或图片文件。

那有没好的办法，进行一键转换为CAD图纸？

正好最近看OpenCV相关的书籍，有些思路。

01、实现原理

使用本文的代码会一键将 2D 图像转换为 DXF 文件。

主要利用了 OpenCV 进行图像处理并使用 Potrace 进行矢量化，简化了转换过程，使其成为 CAD 应用程序的理想选择，轻松高效地简化从图像到 DXF 的工作流程。

生成的 DXF 文件与各种 CAD 软件兼容，可以进一步编辑或查看。

重点步骤分解

1. 输入：用户提供双电源接线图文件的路径。
2. 图像处理：包括灰度转换、边缘检测和使用形态学操作进行细化。
3. 矢量化：使用 Potrace 将处理后的 BMP 图像转换为 SVG。
4. DXF 转换：将 SVG 路径转换为 DXF 格式。
5. 输出：将最终的 DXF 文件保存为 final.dxf 。

02、执行效果

输入图片：test.jpg：

中间输出svg文件：

最终输出CAD图纸：final.dxf

运行前置条件

Python Libraries Python 库

• NumPy：与 OpenCV 结合使用进行数值运算。
• ezdxf：创建和操作 DXF 文件。
• svgpathtools：用于解析 SVG 文件。
• 子进程：用于运行外部命令，本文用到了 Potrace。下载地址：https://potrace.sourceforge.net/#downloading

安装所需的软件包

使用 pip 安装所需的软件包：

pip install opencv-python-headless
pip install numpy
pip install ezdxf
pip install svgpathtools

03、主要库和函数介绍

OpenCV (cv2)

用于图像处理任务的强大库。

• cv2.imread ：从文件中读取图像。
• cv2.cvtColor ：将图像转换为不同的颜色空间；这里用于灰度转换。
• cv2.Canny ：执行边缘检测。
• cv2.GaussianBlur ：减少图像中的噪点。
• cv2.threshold ：对图像应用固定级别的阈值。
• cv2.erode 、 cv2.dilate ：执行形态学操作。

Subprocess 子流程

用于在 Python 中运行外部命令。

• subprocess.run ：执行 Potrace 命令以对图像进行矢量化。

ezdxf

用于创建和修改 DXF 绘图的 Python 包。

• ezdxf.new ：初始化一个新的DXF文档。
• doc.modelspace() ：访问图形实体的绘图空间。

svgpathtools

操作和分析 SVG 路径。

04、完整代码

代码简单，注释完整。

import cv2
import numpy as np
import os
import subprocess
import ezdxf
from svgpathtools import svg2paths

# 提示用户输入图像的路径
input_image_path = input("输入您要转换图片的文件路径: ")

# 检查提供的路径是否有效
if not os.path.exists(input_image_path):
    print("指定的文件不存在。 请检查路径并重试。")
else:
    # 读取图片
    image = cv2.imread(input_image_path)

    # 将图像转换为灰度
    gray_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)

    # 应用边缘检测
    edges = cv2.Canny(gray_image, threshold1=50, threshold2=150)

    # 应用高斯模糊来降噪
    blurred = cv2.GaussianBlur(edges, (5, 5), 0)

    # 对图像设置阈值以确保其是二进制的
    _, binary_image = cv2.threshold(blurred, 128, 255, cv2.THRESH_BINARY | cv2.THRESH_OTSU)

    # 使用形态学运算来减少线条的粗细
    eroded = cv2.erode(binary_image, np.ones((2,2), np.uint8), iterations=1)
    dilated = cv2.dilate(eroded, np.ones((3,3), np.uint8), iterations=1)

    # 通过用 .bmp 替换原始扩展名来构造输出文件名
    output_bmp_path = os.path.splitext(input_image_path)[0] + '_refined_edges.bmp'

    # 将精化边缘图像保存为 .bmp 文件
    cv2.imwrite(output_bmp_path, dilated)

    # 定义输出 SVG 的路径
    output_svg_path = os.path.splitext(input_image_path)[0] + '_vectorized.svg'

    # 运行 Potrace，将位图转换为 SVG
    subprocess.run(['potrace', '-s', output_bmp_path, '-o', output_svg_path])

    # 检查SVG是否创建成功
    if os.path.exists(output_svg_path):
        print(f"SVG 文件已成功创建于： {output_svg_path}")
        
        # 将 SVG 转换为 DXF
        paths, attributes = svg2paths(output_svg_path)

        # 创建新的 DXF 文档
        doc = ezdxf.new(dxfversion='R2010')
        msp = doc.modelspace()

        for path in paths:
            for line in path:
                start_point = (line.start.real, line.start.imag)
                end_point = (line.end.real, line.end.imag)
                msp.add_line(start_point, end_point)

        # 保存文档
        output_dxf_path = os.path.join(os.path.dirname(input_image_path),'final.dxf')
        doc.saveas(output_dxf_path)
        print(f"DXF 文件已成功创建于：{output_dxf_path}")
    else:
        print("SVG 文件创建失败。")

05、小结

• 以上代码适用于简单的 2D 图像。输入图像的质量会影响输出。
• 对于复杂或详细的图像，还需要在 CAD 程序中进行额外的手动编辑。