c++视觉处理---仿射变换和二维旋转变换矩阵的函数

仿射变换`cv::warpAffine`

cv::warpAffine 是OpenCV中用于执行仿射变换的函数。仿射变换是一种线性变换，可用于执行平移、旋转、缩放和剪切等操作。下面是 cv::warpAffine 函数的基本用法：

cv::warpAffine(src, dst, M, dsize, flags, borderMode, borderValue);

src: 输入图像。
dst: 输出图像，用于存储仿射变换后的结果。
M: 2x3仿射变换矩阵，包含变换的参数。
dsize: 输出图像的尺寸。
flags: 插值方法，通常使用
- cv::INTER_LINEAR 进行双线性插值。
- cv::INTER_NEAREST 最近邻插值
- cv::INTER_AREA 区域插值
- cv::INTER_CUBIC 三次样条插值
- cv::INTER_LANCZOS4 Lanczos插值
- cv::CV_WARP_FILL_OUTLIERS 填充所有输出图像的象素。如果部分象素落在输入图像的边界外，那么它们的值设定为 fillval
- cv::CV_WARP_INVERSE_MAP 表示 M为输出图像到输入图像的反变换。因此可以直接用来做象素插值。否则，warpAffine函数从M矩阵得到反变换
borderMode: 边界模式，可选参数，定义当像素越出图像边界时的处理方式，通常使用 cv::BORDER_CONSTANT 或 cv::BORDER_REPLICATE。
borderValue: 当 borderMode 为 cv::BORDER_CONSTANT 时使用，用于指定图像边界外的像素值。

通过提供仿射变换矩阵 M，您可以指定图像的变换方式，包括平移、旋转、缩放和剪切等。然后，cv::warpAffine 函数会根据给定的变换参数将输入图像进行变换，输出结果保存在 dst 中。

以下是一个简单的示例，演示如何使用 cv::warpAffine 进行图像的平移操作：

#include <opencv2/opencv.hpp>

int main() {
    cv::Mat image = cv::imread("1.jpg", cv::IMREAD_COLOR);

    if (image.empty()) {
        std::cerr << "无法加载图像" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 定义仿射变换矩阵（平移操作）
    cv::Mat warpMatrix = (cv::Mat_<double>(2, 3) << 1, 0, 50, 0, 1, 30);

    cv::Mat result;
    // 应用仿射变换
    cv::warpAffine(image, result, warpMatrix, image.size());

    cv::imshow("原始图像", image);
    cv::imshow("仿射变换后的图像", result);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个仿射变换矩阵 warpMatrix，该矩阵包含平移操作的参数。然后，我们使用 cv::warpAffine 函数将变换应用于原始图像，生成了变换后的结果。您可以根据需要修改 warpMatrix 中的值以实现不同的仿射变换效果。
在这里插入图片描述

二维旋转变换矩阵的函数：`cv::getRotationMatrix2D`

cv::getRotationMatrix2D 是OpenCV中用于获取二维旋转变换矩阵的函数。这个函数用于构造一个仿射变换矩阵，该矩阵用于执行二维图像的旋转操作。下面是 cv::getRotationMatrix2D 函数的基本用法：

cv::Mat cv::getRotationMatrix2D(cv::Point2f center, double angle, double scale);

center: 旋转中心的坐标，通常是旋转图像的中心点。
angle: 旋转的角度（以度为单位）。
scale: 缩放因子，通常设置为1.0。

函数返回一个2x3的仿射变换矩阵，该矩阵包含了旋转和缩放的参数。

以下是一个示例，演示如何使用 cv::getRotationMatrix2D 函数构造旋转变换矩阵，然后应用该变换矩阵来旋转图像：

#include <opencv2/opencv.hpp>

int main() {
    cv::Mat image = cv::imread("1.jpg", cv::IMREAD_COLOR);

    if (image.empty()) {
        std::cerr << "无法加载图像" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 旋转中心坐标
    cv::Point2f center(image.cols / 2.0, image.rows / 2.0);

    // 旋转角度（以度为单位）
    double angle = 30;

    // 缩放因子
    double scale = 1.0;

    // 获取旋转变换矩阵
    cv::Mat rotationMatrix = cv::getRotationMatrix2D(center, angle, scale);

    cv::Mat result;
    // 应用仿射变换
    cv::warpAffine(image, result, rotationMatrix, image.size());

    cv::imshow("原始图像", image);
    cv::imshow("旋转后的图像", result);
    cv::waitKey(0);

    return 0;
}

在这个示例中，我们使用 cv::getRotationMatrix2D 函数获取旋转变换矩阵，然后将该变换矩阵应用于原始图像，以实现旋转效果。您可以根据需要调整 center、angle 和 scale 参数来执行不同的旋转和缩放操作。

在这里插入图片描述

综合案例

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>

using namespace std;
using namespace cv;
#include <iostream>
#include <fstream>
using namespace cv; //包含cv命名空间
#include <opencv2/core/core.hpp>
#define WINDOW_NAME1 " 【原始图窗口】 " //为窗口标题定义的宏
#define WINDOW_NAME2 " 【经过 Warp后的图像】 " //为窗口标题定义的宏
#define WINDOW_NAME3 " 【经过 Warp和 Rotate后的图像】 " //为窗口标题定
static void ShowHelpText();
/// 【main()函数】-------------------------- -
// 描述： 控制台应用程序的入口函数， 我们的程序从这里开始执行
int main()
{
	//【0】改变 console字体颜色
	system("color 1A");
	//【0】显示欢迎和帮助文字
	ShowHelpText();
	//【1】参数准备
	//定义两组点， 代表两个三角形
	Point2f srcTriangle[3];
	Point2f dstTriangle[3];
	//定义一些 Mat变量
	Mat rotMat(2, 3, CV_32FC1);
	Mat warpMat(2, 3, CV_32FC1);
	Mat srcImage, dstImage_warp, dstImage_warp_rotate;
	//【2】加载源图像并作一些初始化
	srcImage = imread("1.jpg", 1);
	if (!srcImage.data) { printf("读取图片错误, 请确定目录下是否有imread函数指定的图片存在~! \n"); return false; }
	// 设置目标图像的大小和类型与源图像一致
	dstImage_warp = Mat::zeros(srcImage.rows, srcImage.cols, srcImage.type());
	//【3】设置源图像和目标图像上的三组点以计算仿射变换
	srcTriangle[0] = Point2f(0, 0);
	srcTriangle[1] = Point2f(static_cast<float>(srcImage.cols - 1), 0);
	srcTriangle[2] = Point2f(0, static_cast<float>(srcImage.rows - 1));
	dstTriangle[0] = Point2f(static_cast<float>(srcImage.cols * 0.0), static_cast<float>(srcImage.rows * 0.33));
	dstTriangle[1] = Point2f(static_cast<float>(srcImage.cols * 0.65), static_cast<float>(srcImage.rows * 0.35));
	dstTriangle[2] = Point2f(static_cast<float>(srcImage.cols * 0.15), static_cast<float>(srcImage.rows * 0.6));
	//【4】求得仿射变换
	warpMat = getAffineTransform(srcTriangle, dstTriangle);
	//【5】对源图像应用刚刚求得的仿射变换
	warpAffine(srcImage, dstImage_warp, warpMat, dstImage_warp.size());
	//【6】对图像进行缩放后再旋转
	// 计算绕图像中点顺时针旋转50度缩放因子为0.6的旋转矩阵
	Point center = Point(dstImage_warp.cols / 2, dstImage_warp.rows / 2);
	double angle = -30.0;
	double scale = 0.8;
	// 通过上面的旋转细节信息求得旋转矩阵
	rotMat = getRotationMatrix2D(center, angle, scale);
	// 旋转已缩放后的图像
	warpAffine(dstImage_warp, dstImage_warp_rotate, rotMat, dstImage_warp.size());
	//【7】显示结果
	imshow(WINDOW_NAME1, srcImage);
	imshow(WINDOW_NAME2, dstImage_warp);
	imshow(WINDOW_NAME3, dstImage_warp_rotate);
	// 等待用户按任意按键退出程序
	waitKey(0);
	return 0;
}
//一 【ShowHelpText()函数】---------------------- -
// 描述： 输出一些帮助信息
static void ShowHelpText()
{
	//输出一些帮助信息
	printf("\n\n\n\t欢迎来到【仿射变换】示例程序~ \n\n");
	//printf("\t当前使用的OpenCV版本为 OpenCV "CV_VERSION); 
}