图像的几何变形

这篇教学会介绍 OpenCV 里的 warpAffine() 和 warpPerspective() 方法，搭配 getPerspectiveTransform()、warpPerspective() 和 getAffineTransform() 方法，就可以将图像进行平移、指定角度旋转或透视的几何变形效果。

快速导览：

• warpAffine() 平移图像
• getRotationMatrix2D() 旋转图像
• getAffineTransform() 图像仿射变换
• warpPerspective() + getPerspectiveTransform() 图像透视

因为程序中的 OpenCV 会需要使用镜头或 GPU，所以请使用本机环境 ( 参考：使用 Python 虚拟环境 ) 或使用 Anaconda Jupyter 进行实作 ( 参考：使用 Anaconda ) ，并安装 OpenCV 函数库 ( 参考：OpenCV 函数库 )。

warpAffine() 平移图像

warpAffine() 方法可以将来源的图像，根据指定的“仿射矩阵”，输出成仿射转换后的新图像，矩阵必须采用 numpy 的矩阵格式，使用的方法如下：

cv2.warpAffine(img, M, (w, h))
# img 來源圖像，M 仿射矩陣，(w, h) 圖片長寬

如果要平移图像，可以使用 2x3 的矩阵来实现，下方的程序码执行后，会将图片的垂直与水平方向，移动 100 像素。

import cv2
import numpy as np
img = cv2.imread('meme.jpg')
M = np.float32([[1, 0, 100], [0, 1, 100]]) # 2x3 矩陣，x 軸平移 100，y 軸平移 100
output = cv2.warpAffine(img, M, (480, 360))
cv2.imshow('oxxostudio', output)

getRotationMatrix2D() 旋转图像

getRotationMatrix2D() 方法可以产生旋转指定角度图像的仿射矩阵，再透过 warpAffine() 产生旋转的图像，使用方式如下：

cv2.getRotationMatrix2D((x, y), angle, scale)
# (x, y) 旋轉的中心點，angle 旋轉角度 ( - 順時針，+ 逆時針 )，scale 旋轉後的尺寸

下方的程序码，会产生一张顺时针旋转 45 度的图片。

import cv2
img = cv2.imread('meme.jpg')
M = cv2.getRotationMatrix2D((240, 180), 45, 1)    # 中心點 (240, 180)，旋轉 45 度，尺寸 1
output = cv2.warpAffine(img, M, (480, 360))
cv2.imshow('oxxostudio', output)

getAffineTransform() 图像仿射变换

getAffineTransform() 方法，可以根据输入图像的三个点，对应输出图像的三个点，产生仿射矩阵，再透过 warpAffine() 产生仿射变换后的图像，使用 2x3 的 numpy 矩阵作为三个点的座标格式，使用方法如下：

cv2.getAffineTransform(輸入影像三個點的座標，輸出影像三個點的座標)

下方的程序码，会将左边的图片，仿射变换成右边的图片。

import cv2
import numpy as np
img = cv2.imread('meme.jpg')
p1 = np.float32([[100,100],[480,0],[0,360]])
p2 = np.float32([[0,0],[480,0],[0,360]])
M = cv2.getAffineTransform(p1, p2)
output = cv2.warpAffine(img, M, (480, 360))
cv2.imshow('oxxostudio', output)

warpPerspective() + getPerspectiveTransform() 图像透视

warpPerspective() 方法为图像透视的方法，根据指定的“透视矩阵”，输出成透视转换后的新图像，使用方法如下：

cv2.warpPerspective(img, M, (w, h))
# img 來源圖像，M 透視矩陣，(w, h) 圖片長寬

getPerspectiveTransform() 方法，可以根据输入图像的四个点，对应输出图像的四个点，产生透视矩阵，再透过 warpPerspective() 产生透视变换后的图像，使用 2x4 的 numpy 矩阵作为四个点的座标格式，使用方法如下：

cv2.getPerspectiveTransform(輸入影像四個點的座標，輸出影像四個點的座標)

下方的程序码，会将左边的图片，透视变换成右边的图片。

import cv2
import numpy as np

p1 = np.float32([[100,100],[480,0],[0,360],[480,360]])
p2 = np.float32([[0,0],[480,0],[0,360],[480,360]])
m = cv2.getPerspectiveTransform(p1,p2)

img = cv2.imread('meme.jpg')
output = cv2.warpPerspective(img, m, (480, 360))
cv2.imshow('oxxostudio', output)

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