计算机视觉全系列实战教程：（十）图像的几何变换：平移 旋转 翻转 缩放 仿射等变换

1.概述

(1)Why（为什么要进行图像的几何变换）

• 校正图像形变：纠正由于拍摄角度或硬件原因导致的图像几何变形
• 图像增强：在深度学习的模型训练时，通过几何变换获得更多的训练集
• 图像配准和拼接：先进行几何变换矫正，然后实现图像的配准或拼接

(2)What（什么是图像的几何变换）

本质：对图像像素的位置进行改变的操作

(3)Which（有哪些几何变换）

• 位置变换：平移、旋转（填充旋转和截断旋转）、镜像等变换
• 形状变换：缩放、错切、透视等变换

说明：实现几何变换的关键在于将非齐次坐标转为齐次坐标，本质是将22的变换矩阵（二阶矩阵）拓展成33的变换矩阵（三阶矩阵）

2.位置变换

(1)平移变换

A.图像大小不变
可直接使用

/* 图像平移（截断）*/
int ImgTranslateTrunc(const cv::Mat& imSrc, cv::Mat& imDst, int ix, int  iy)
{
	cv::Mat M(2, 3, CV_32FC1);
	M.at<float>(0, 0) = 1;
	M.at<float>(0, 1) = 0;
	M.at<float>(0, 2) = ix;
	M.at<float>(1, 0) = 0;
	M.at<float>(1, 1) = 1;
	M.at<float>(1, 2) = iy;
	cv::warpAffine(imSrc, imDst, M, imSrc.size());
	return 1;
}

B.图像大小改变
可直接拷贝使用

/* 图像平移（填充）*/
int ImgTranslateFilled(const cv::Mat& imSrc, cv::Mat& imDst, int ix, int iy)
{
	cv::Mat M(2, 3, CV_32FC1);
	M.at<float>(0, 0) = 1;
	M.at<float>(0, 1) = 0;
	M.at<float>(0, 2) = ix;
	M.at<float>(1, 0) = 0;
	M.at<float>(1, 1) = 1;
	M.at<float>(1, 2) = iy;
	cv::warpAffine(imSrc, imDst, M, imSrc.size() + cv::Size(ix, iy));
	return 1;
}

(2)图像旋转

一般认为图像的旋转指的是绕着图像的中心进行旋转；
关键：旋转中心+旋转角度
A.填充旋转

/* 图像旋转（填充）*/
int ImgRtFilled(const cv::Mat& imSrc, cv::Mat& imDst, double dAngle)
{
	// 图像的旋转中心
	int iWid = imSrc.cols, iHgt = imSrc.rows;
	cv::Point center = cv::Point(iWid / 2, iHgt / 2);

	// 获取M矩阵
	cv::Mat M = cv::getRotationMatrix2D(center, dAngle, 1.0);

	// 新的宽高 
	int iHgt_new = 0, iWid_new = 0;

	double alpha = dAngle * CV_PI / 180;
	iHgt_new = int(iWid * abs(sin(alpha)) + iHgt * abs(cos(alpha)));
	iWid_new = int(iHgt * abs(sin(alpha)) + iWid * abs(cos(alpha)));
	// 平移
	M.at<double>(0, 2) += (iWid_new - iWid) / 2;
	M.at<double>(1, 2) += (iHgt_new - iHgt) / 2;
	cv::warpAffine(imSrc, imDst, M, cv::Size(iWid_new, iHgt_new));
	return 1;
}

B.截断旋转

/* 图像旋转（截断）*/
int imgRtTrunc(const cv::Mat& imSrc, cv::Mat& imDst, double dAngle)
{
	cv::Point PCenter = cv::Point(imSrc.cols / 2, imSrc.rows / 2);
	cv::Mat M = getRotationMatrix2D(PCenter, dAngle, 1.0);
	cv::warpAffine(imSrc, imDst, M, imSrc.size());
	return 1;
}

(3)镜像变换

void cv::flip(
	cv::Mat &imSrc, 
	cv::Mat &imDst, 
	int Type  // 0表示x轴镜像，1表示y轴镜像，-1表示x和y轴的镜像
	);

3.图像缩放

(1)原理

将指定图像在x轴方向按照比例缩放fx倍，在y轴方向按照比例缩放fy倍
全比例缩放：如果在x轴方向和y轴方向的缩放比例相同，那么则称为全比例缩放

(2)How(如何进行图像的缩放)

void cv::resize(
	cv::Mat &imSrc,
	cv::Mat &imDst,
	cv::Size dsize, //目标图像的尺寸
	cv::double fx = 0, //x方向上的缩放比例
	cv::double fy = 0, //y方向上的缩放比例
	int interpolation = INTER_LINEAR, //插值方式
	);

参数interpolation的介绍：

• INTER_NEAREST：最近邻插值
• INTER_LINEAR：双线性插值
• INTER_AREA：像素关系重采样，当图像缩小时，可避免出现波纹
• INTER_ CUBIC：立方插值