Opencv-C++笔记 (16) : 几何变换 （图像的翻转（镜像），平移，旋转，仿射，透视变换）

一、图像平移

#include "opencv2/imgproc.hpp"
#include "opencv2/highgui.hpp"
#include<ctime>
#include<iostream>using namespace cv;
using namespace std;//平移操作，图像大小不变
Mat imageTranslation1(Mat& srcImage, int x0ffset, int y0ffset)
{int nRows = srcImage.rows;int nCols = srcImage.cols;Mat resultImage(srcImage.size(), srcImage.type());//遍历图像for (int i = 0; i < nRows; i++){for (int j = 0; j < nCols; j++){int x = j - x0ffset;int y = i - y0ffset;//边界判断if (x >= 0 && y >= 0 && x < nCols && y < nRows){resultImage.at<Vec3b>(i, j) = srcImage.ptr<Vec3b>(y)[x];}}}return resultImage;
}
//平移操作，图形大小改变
Mat imageTranslation2(Mat& srcImage, int x0ffset, int y0ffset)
{//设置平移尺寸int nRows = srcImage.rows + abs(y0ffset);int nCols = srcImage.cols + abs(x0ffset);Mat resultImage(nRows, nCols, srcImage.type());//图像遍历for (int i = 0; i < nRows; i++){for (int j = 0; j < nCols; j++){int x = j - x0ffset;int y = i - y0ffset;//边界判断if (x >= 0 && y >= 0 && x < nCols && y < nRows){resultImage.at<Vec3b>(i, j) = srcImage.ptr<Vec3b>(y)[x];}}}return resultImage;
}
Mat img_shift(Mat img, int d)
{Mat tmp;if (d > 0){//右移Mat q0(img, Rect(0, 0, img.cols - d, img.rows));Mat q1(img, Rect(img.cols - d, 0, d, img.rows));q0.copyTo(tmp);Mat q2(img, Rect(0, 0, d, img.rows));Mat q3(img, Rect(d, 0, img.cols - d, img.rows));q1.copyTo(q2);tmp.copyTo(q3);}else{//左移d = -d;Mat q0(img, Rect(0, 0, d, img.rows));Mat q1(img, Rect(d, 0, img.cols - d, img.rows));q0.copyTo(tmp);Mat q2(img, Rect(0, 0, img.cols - d, img.rows));Mat q3(img, Rect(img.cols - d, 0, d, img.rows));q1.copyTo(q2);tmp.copyTo(q3);}return img;}int main()
{//读取图像Mat srcImage = imread("E:\\Lena.jpg");if (srcImage.empty()){return -1;}//显示原图像imshow("原图像", srcImage);int x0ffset = 50;int y0ffset = 80;Mat resultImage1 = imageTranslation1(srcImage, x0ffset, y0ffset);imshow("resultImage1", resultImage1);Mat resultImage2 = imageTranslation2(srcImage, x0ffset, y0ffset);imshow("resultImage2", resultImage2);x0ffset = -50;y0ffset = -80;Mat resultImage3 = imageTranslation1(srcImage, x0ffset, y0ffset);cv::imshow("resultImage3", resultImage3);Mat resultImage4 = img_shift(srcImage, 60);imshow("resultImage4", resultImage4);cv::waitKey(0);return 0;
}

//第二种图像平移
//将图像扩展两倍的宽 并对其进行截取达到是图像平移
Mat img_shift1(Mat img, int d)
{Mat src(img.rows, img.cols * 2, img.type());//水平平移 则在水平方向上对其复制粘贴img.copyTo(src({ 0,0,img.cols,img.rows }));img.copyTo(src({ img.cols,0,img.cols,img.rows }));imshow("src", src);if (d > 0){Mat tmp(src, Rect(img.cols - d, 0, img.cols, img.rows));tmp.copyTo(img);}else{Mat tmp(src, Rect(-d, 0, img.cols, img.rows));tmp.copyTo(img);}return img;
}

uchar pixel_value = Mat.ptr<uchar>(row)[col]; //获取某个像素值(row行col列)Mat.ptr<uchar>(row);  //获取某行的首地址

二、图像旋转

图像旋转是指图像按照某个位置转动一定的角度的过程，旋转中图像仍保持着原始尺寸。图像旋转后图像水平对称轴、垂直对称轴及中心坐标原点都可能会发生变换，因此需要对图像旋转中的坐标进行相应转换。

2.1 求旋转矩阵

假设有一个点：P(x,y)，它在绕原点 O(0,0) 旋转 β 后，被转换成 P’(x’，y’)，另外，点 P 到原点 O 的距离为 r:

假设 P(x,y) 点与 X 轴成一个角α。在这里，公式如下：

x = r cos(α)
y = r sin(α)
同理，P’(x’，y’) 点将与 X 轴形成一个角，α + β。因此，公式如下：

x’ = r cos(α+β)
y’ = r sin(α+β)
接下来，将使用下面的三角恒等式：

cos(α+β) = cosαcosβ – sinαsinβ


现在，已经得到了前面的方程，可以把任何点变换成一个新的点，只要它旋转一个给定的角度。同样的方程可以应用于图像中的每个像素，从而得到旋转后的图像。但是，即使图像被旋转了，它仍然在一个矩形内。这意味着新图像的尺寸可以改变，而在平移中，输出图像和输入图像的尺寸保持不变。

2.2 求旋转后图像的尺寸

这里将考虑两种情况。

第一种情况是保持输出图像的尺寸与输入图像的尺寸相同。
第二种情况是修改输出图像的尺寸。
通过下面的图表来理解它们之间的区别。将图像以逆时针方向围绕图像中心旋转一个角度 ϴ ——左半部分显示的是即使是在旋转之后，图像的尺寸保持不变的情况
而在右半部分，缩放尺寸以覆盖整个旋转后的图像。
可以看到两种情况下得到的结果的差异。
下图中 L 和 H 为原始图像的尺寸，L' 和 H' 为旋转后的尺寸。

上图中，旋转后图像的大小，取决于图像的尺寸是保持不变还是在旋转时进行了修改。对于想要保持图像大小与初始图像大小相同的情况，只需要剔除额外的区域。如果不想保持相同的尺寸，需要学习如何获得旋转后的图像的尺寸。

2.3手工实现图像旋转

Mat imgRotate(Mat matSrc, float angle, bool direction)
{float theta = angle * CV_PI / 180.0;int nRowsSrc = matSrc.rows;int nColsSrc = matSrc.cols;// 如果是顺时针旋转if (!direction)theta = 2 * CV_PI - theta;// 全部以逆时针旋转来计算// 逆时针旋转矩阵float matRotate[3][3]{{std::cos(theta), -std::sin(theta), 0},{std::sin(theta), std::cos(theta), 0 },{0, 0, 1}};float pt[3][2]{{ 0, nRowsSrc },{nColsSrc, nRowsSrc},{nColsSrc, 0}};for (int i = 0; i < 3; i++){float x = pt[i][0] * matRotate[0][0] + pt[i][1] * matRotate[1][0];float y = pt[i][0] * matRotate[0][1] + pt[i][1] * matRotate[1][1];pt[i][0] = x;pt[i][1] = y;}// 计算出旋转后图像的极值点和尺寸float fMin_x = min(min(min(pt[0][0], pt[1][0]), pt[2][0]), (float)0.0);float fMin_y = min(min(min(pt[0][1], pt[1][1]), pt[2][1]), (float)0.0);float fMax_x = max(max(max(pt[0][0], pt[1][0]), pt[2][0]), (float)0.0);float fMax_y = max(max(max(pt[0][1], pt[1][1]), pt[2][1]), (float)0.0);int nRows = cvRound(fMax_y - fMin_y + 0.5) + 1;int nCols = cvRound(fMax_x - fMin_x + 0.5) + 1;int nMin_x = cvRound(fMin_x + 0.5);int nMin_y = cvRound(fMin_y + 0.5);// 拷贝输出图像Mat matRet(nRows, nCols, matSrc.type(), Scalar(0));for (int j = 0; j < nRows; j++){for (int i = 0; i < nCols; i++){// 计算出输出图像在原图像中的对应点的坐标，然后复制该坐标的灰度值// 因为是逆时针转换，所以这里映射到原图像的时候可以看成是，输出图像// 到顺时针旋转到原图像的，而顺时针旋转矩阵刚好是逆时针旋转矩阵的转置// 同时还要考虑到要把旋转后的图像的左上角移动到坐标原点。int x = (i + nMin_x) * matRotate[0][0] + (j + nMin_y) * matRotate[0][1];int y = (i + nMin_x) * matRotate[1][0] + (j + nMin_y) * matRotate[1][1];if (x >= 0 && x < nColsSrc && y >= 0 && y < nRowsSrc){matRet.at<Vec3b>(j, i) = matSrc.at<Vec3b>(y, x);}}}return matRet;
}
int main()
{Mat matSrc = imread("E:\\Lena.jpg");if (matSrc.empty())return 1;float angle = 30;Mat matRet = imgRotate(matSrc, angle, true);imshow("src", matSrc);imshow("rotate", matRet);// 保存图像imwrite("rotate_panda.jpg", matRet);waitKey();return 0;
}

2.4 opencv函数实现图像旋转

// 图像旋转
void Rotate(const Mat& srcImage, Mat& destImage, double angle)//angle表示要旋转的角度
{Point2f center(srcImage.cols / 2, srcImage.rows / 2);//中心Mat M = getRotationMatrix2D(center, angle, 1);//计算旋转的仿射变换矩阵 warpAffine(srcImage, destImage, M, Size(srcImage.cols, srcImage.rows));//仿射变换  circle(destImage, center, 2, Scalar(255, 0, 0));
}int main()
{//读入图像，并判断图像是否读入正确cv::Mat srcImage = imread("E:\\Lena.jpg");if (!srcImage.data){puts("打开图像文件失败");return -1;}imshow("srcImage", srcImage);//将图片按比例缩放至宽为250像素的大小Mat destImage;double angle = 9.9;//角度Rotate(srcImage, destImage, angle);imshow("dst", destImage);waitKey(0);return 0;
}

旋转分为三步操作:
1. 首先，你需要得到旋转的中心。这通常是你要旋转的图像的中心。
2. 接下来，创建2d旋转矩阵。OpenCV提供了我们在上面讨论过的getRotationMatrix2D()函数。
3. 最后，使用在上一步中创建的旋转矩阵对图像应用仿射变换。OpenCV中的warpAffine()函数完成这项工作。getRotationMatrix2D(center, angle, scale)
getRotationMatrix2D()函数接受以下参数:center:图像的旋转中心:angle: 旋转角度:scale :一个各向同性的比例因子，根据提供的值将图像向上或向下缩放如果angle是正的，图像将逆时针方向旋转。如果你想顺时针旋转图像相同的量，那么角度需要是负的。warpAffine()函数的作用是:对图像应用一个仿射变换。在进行仿射变换后，原图像中所有的平行线在输出图像中也保持平行。
warpAffine(src, M, dsize[, dst[, flags[, borderMode[, borderValue]]]]
)
函数的参数:
src:原图
M:变换矩阵
dsize:输出图像的大小
dst:输出图像
flags: 插值方法的组合如INTER_LINEAR或INTER_NEAREST
borderMode:像素扩展方法
borderValue:在边界不变的情况下使用的值，默认值为0

三、图像翻转

3.1左右翻转

//图像翻转，图像大小不变
Mat imageTranslation1(Mat& srcImage)
{int nRows = srcImage.rows;int nCols = srcImage.cols;Mat resultImage(srcImage.size(), srcImage.type());//遍历图像for (int i = 0; i < nRows; i++){for (int j = 0; j < nCols; j++){resultImage.at<Vec3b>(i, j) = srcImage.at<Vec3b>(i, nCols-j-1);}}return resultImage;
}int main()
{//读取图像Mat srcImage = imread("E:\\Lena.jpg");if (srcImage.empty()){return -1;}//显示原图像imshow("原图像", srcImage);int x0ffset = 50;int y0ffset = 80;Mat resultImage1 = imageTranslation1(srcImage);imshow("resultImage1", resultImage1);cv::waitKey(0);return 0;
}

3.2、上下翻转

//图像翻转，图像大小不变
Mat imageTranslation1(Mat& srcImage)
{int nRows = srcImage.rows;int nCols = srcImage.cols;Mat resultImage(srcImage.size(), srcImage.type());//遍历图像for (int i = 0; i < nRows; i++){for (int j = 0; j < nCols; j++){resultImage.at<Vec3b>(i, j) = srcImage.at<Vec3b>(nRows-1-i, j);}}return resultImage;
}

3.3 上下颠倒，左右相反

//图像翻转，图像大小不变
Mat imageTranslation1(Mat& srcImage)
{int nRows = srcImage.rows;int nCols = srcImage.cols;Mat resultImage(srcImage.size(), srcImage.type());//遍历图像for (int i = 0; i < nRows; i++){for (int j = 0; j < nCols; j++){resultImage.at<Vec3b>(i, j) = srcImage.at<Vec3b>(nRows-1-i, nCols-1-j);}}return resultImage;
}

4、错切变换

图像的错切变换也称斜切，是指平面景物在投影平面上的非垂直投影，使图像中的图形在水平方向或垂直方向产生扭变。
以水平扭变为例，像素点 (x,y) 在水平方向发生扭变变成斜边，而在垂直方向的边不变，可以由以下公式描述：

4.1 实现错切变换

//图像错切
Mat imageTranslation(Mat& srcImage, float a,float b)
{int nRows = srcImage.rows;int nCols = srcImage.cols;Mat resultImage(srcImage.size(), srcImage.type());//遍历图像for (int i = 0; i < nRows; i++){for (int j = 0; j < nCols; j++){if (i + a * j > 0 && i + a * j < nRows && i * b + j >0 && i * b + j< nCols){resultImage.at<Vec3b>(i, j) = srcImage.at<Vec3b>( i + a * j, i * b + j);}}}return resultImage;
}

5、仿射变换

仿射变换可以理解为矩阵乘法(线性变换)和向量加法(平移)的变换。本质上，一个仿射变换代表了两个图像之间的关系,可以分别表示为：
1.旋转(线性变换)
2.平移(向量加法)
3.缩放操作(线性变换)
仿射变换通常使用2×3矩阵表示

将M乘于一个二维向量[x, y]，例如图像像素坐标，最终可表示为：

5.1 求解仿射变换

仿射变换基本上是两个图像之间的关系。这种关系的信息可以通过两种方式获得：
1.已知X和T，那我们的任务就是求M；
2.已知M和X，应用T=M⋅X，得到T。
如下图：点1、2和3(在图1中形成一个三角形)被映射到图2中，仍然形成一个三角形，但现在它们已经发生了变化。如果我们找到了这3个点的仿射变换，那么我们就可以将找到的关系应用到图像中的所有像素上。

5.2 OpenCV实现仿射变换

//全局变量
String src_windowName = "原图像";
String warp_windowName = "仿射变换";
String warp_rotate_windowName = "仿射旋转变换";
String rotate_windowName = "图像旋转";int main()
{Point2f srcTri[3];Point2f dstTri[3];Mat rot_mat(2, 3, CV_32FC1);Mat warp_mat(2, 3, CV_32FC1);Mat srcImage, warp_dstImage, warp_rotate_dstImage, rotate_dstImage;//加载图像srcImage = imread("E:\\Lena.jpg");//判断文件是否加载成功if (srcImage.empty()){cout << "图像加载失败!" << endl;return -1;}elsecout << "图像加载成功!" << endl << endl;//创建仿射变换目标图像与原图像尺寸类型相同warp_dstImage = Mat::zeros(srcImage.rows, srcImage.cols, srcImage.type());//设置三个点来计算仿射变换srcTri[0] = Point2f(0, 0);srcTri[1] = Point2f(srcImage.cols - 1, 0);srcTri[2] = Point2f(0, srcImage.rows - 1);dstTri[0] = Point2f(srcImage.cols * 0.0, srcImage.rows * 0.33);dstTri[1] = Point2f(srcImage.cols * 0.85, srcImage.rows * 0.25);dstTri[2] = Point2f(srcImage.cols * 0.15, srcImage.rows * 0.7);//计算仿射变换矩阵warp_mat = getAffineTransform(srcTri, dstTri);//对加载图形进行仿射变换操作warpAffine(srcImage, warp_dstImage, warp_mat, warp_dstImage.size());//计算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(warp_dstImage.cols / 2, warp_dstImage.rows / 2);double angle = -50.0;double scale = 0.6;//计算旋转矩阵rot_mat = getRotationMatrix2D(center, angle, scale);//旋转已扭曲图像warpAffine(warp_dstImage, warp_rotate_dstImage, rot_mat, warp_dstImage.size());//将原图像旋转warpAffine(srcImage, rotate_dstImage, rot_mat, srcImage.size());//显示变换结果namedWindow(src_windowName, WINDOW_AUTOSIZE);imshow(src_windowName, srcImage);namedWindow(warp_windowName, WINDOW_AUTOSIZE);imshow(warp_windowName, warp_dstImage);namedWindow(warp_rotate_windowName, WINDOW_AUTOSIZE);imshow(warp_rotate_windowName, warp_rotate_dstImage);namedWindow(rotate_windowName, WINDOW_AUTOSIZE);imshow(rotate_windowName, rotate_dstImage);waitKey(0);return 0;
}

5.3手动

#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <iostream>using namespace std;
using namespace cv;#define PI 3.1415927
#define MAX(a,b) (((a)>(b))?(a):(b))// 单点双线性插值
// [输入]	ii--dst的行索引
//			jj--dst的列索引	
//			u_src--jj反向映射到src中对应的列索引
//			v_src--ii反向映射到src中对应的行索引
int Bilinear_interpolation_img(Mat src, Mat& dst, int ii, int jj, double u_src, double v_src)
{if (src.rows <= 0 || src.cols <= 0 ||(src.channels() != 1 && src.channels() != 3) || src.depth() != CV_8U){printf("输入图像有误!\n");return 0;}if (u_src >= 0 && u_src <= src.cols - 1 && v_src >= 0 && v_src <= src.rows - 1){int x1 = int(u_src), x2 = (int)(u_src + 0.5), y1 = (int)v_src, y2 = (int)(v_src + 0.5);double pu = fabs(u_src - x1), pv = fabs(v_src - y2);if (src.channels() == 1){dst.at<uchar>(ii, jj) = (1 - pv) * (1 - pu) * src.at<uchar>(y2, x1) +(1 - pv) * pu * src.at<uchar>(y2, x2) +pv * (1 - pu) * src.at<uchar>(y1, x1) + pv * pu * src.at<uchar>(y1, x2);}else{dst.at<Vec3b>(ii, jj)[0] = (1 - pv) * (1 - pu) * src.at<Vec3b>(y2, x1)[0] +(1 - pv) * pu * src.at<Vec3b>(y2, x2)[0] +pv * (1 - pu) * src.at<Vec3b>(y1, x1)[0] +pv * pu * src.at<Vec3b>(y1, x2)[0];dst.at<Vec3b>(ii, jj)[1] = (1 - pv) * (1 - pu) * src.at<Vec3b>(y2, x1)[1] +(1 - pv) * pu * src.at<Vec3b>(y2, x2)[1] +pv * (1 - pu) * src.at<Vec3b>(y1, x1)[1] +pv * pu * src.at<Vec3b>(y1, x2)[1];dst.at<Vec3b>(ii, jj)[2] = (1 - pv) * (1 - pu) * src.at<Vec3b>(y2, x1)[2] +(1 - pv) * pu * src.at<Vec3b>(y2, x2)[2] +pv * (1 - pu) * src.at<Vec3b>(y1, x1)[2] +pv * pu * src.at<Vec3b>(y1, x2)[2];}}return 1;
}//水平镜像、垂直镜像变换
// [输入]	way_mirror镜像方法：0水平镜像 1垂直镜像
int affine_mirrorImg(Mat src, Mat& dst, int way_mirror)
{if (src.rows <= 0 || src.cols <= 0 ||(src.channels() != 1 && src.channels() != 3) || src.depth() != CV_8U) {printf("输入图像有误!\n");return 0;}if (way_mirror != 0 && way_mirror != 1) {printf("输入镜像方法不为1或0,way_mirror: %d!\n", way_mirror);return 0;}int dst_h = src.rows, dst_w = src.cols;//目标图像宽高 初始化为原图宽高int ii = 0, jj = 0;double u_src = 0, v_src = 0;Mat M_mirr = (Mat_<double>(3, 3) << -1, 0, 0, 0, 1, 0, 0, 0, 1);if (way_mirror) {M_mirr.at<double>(0, 0) = 1;M_mirr.at<double>(1, 1) = -1;}Mat M_corrToSrc = (Mat_<double>(3, 3) << 1, 0, src.cols, 0, 1, 0, 0, 0, 1);if (way_mirror) {M_corrToSrc.at<double>(0, 2) = 0;M_corrToSrc.at<double>(1, 2) = src.rows;}Mat M_trans = M_corrToSrc * M_mirr;Mat M_trans_inv = M_trans.inv();Mat dst_uv(3, 1, CV_64F);dst_uv.at<double>(2, 0) = 1;Mat src_uv(dst_uv);if (src.channels() == 3)dst = cv::Mat::zeros(dst_h, dst_w, CV_8UC3); //RGB图初始elsedst = cv::Mat::zeros(dst_h, dst_w, CV_8UC1);//反向映射for (ii = 0; ii < dst_h; ++ii){for (jj = 0; jj < dst_w; ++jj){dst_uv.at<double>(0, 0) = jj;dst_uv.at<double>(1, 0) = ii;src_uv = M_trans_inv * dst_uv;u_src = src_uv.at<double>(0, 0);v_src = src_uv.at<double>(1, 0);// 边界问题if (u_src < 0) u_src = 0;if (v_src < 0) v_src = 0;if (u_src > src.cols - 1) u_src = src.cols - 1;if (v_src > src.rows - 1) v_src = src.rows - 1;//双线性插值Bilinear_interpolation_img(src, dst, ii, jj, u_src, v_src);}}return 1;
}// 图像旋转(绕图像中心) 逆时针旋转为正
// 可处理8位单通道或三通道图像
int affine_rotateImg(Mat src, Mat& dst, double Angle)
{if (src.rows <= 0 || src.cols <= 0 ||(src.channels() != 1 && src.channels() != 3) || src.depth() != CV_8U){printf("输入图像有误!\n");return 0;}double angle = 0, cos_a = 0, sin_a = 0;//旋转角度int dst_h = src.rows, dst_w = src.cols;//目标图像宽高 初始化为原图宽高int ii = 0, jj = 0;double u_src = 0, v_src = 0;angle = Angle / 180 * CV_PI;cos_a = cos(angle);sin_a = sin(angle);dst_h = (int)(fabs(src.rows * cos_a) + fabs(src.cols * sin_a) + 0.5);dst_w = (int)(fabs(src.rows * sin_a) + fabs(src.cols * cos_a) + 0.5);if (src.channels() == 3){dst = cv::Mat::zeros(dst_h, dst_w, CV_8UC3); //RGB图初始}else{dst = cv::Mat::zeros(dst_h, dst_w, CV_8UC1);}Mat M_toPhysics = (Mat_<double>(3, 3) << 1, 0, -0.5 * src.cols, 0, -1, 0.5 * src.rows, 0, 0, 1);Mat M_rotate = (Mat_<double>(3, 3) << cos_a, -sin_a, 0, sin_a, cos_a, 0, 0, 0, 1);Mat M_toPixel = (Mat_<double>(3, 3) << 1, 0, 0.5 * dst.cols, 0, -1, 0.5 * dst.rows, 0, 0, 1);Mat M_trans = M_toPixel * M_rotate * M_toPhysics;Mat M_trans_inv = M_trans.inv();Mat dst_uv(3, 1, CV_64F);dst_uv.at<double>(2, 0) = 1;Mat src_uv(dst_uv);//反向映射for (ii = 0; ii < dst_h; ++ii){for (jj = 0; jj < dst_w; ++jj){dst_uv.at<double>(0, 0) = jj;dst_uv.at<double>(1, 0) = ii;src_uv = M_trans_inv * dst_uv;u_src = src_uv.at<double>(0, 0);v_src = src_uv.at<double>(1, 0);//处理边界问题if (int(Angle) % 90 == 0){if (u_src < 0) u_src = 0;if (v_src < 0) v_src = 0;if (u_src > src.cols - 1) u_src = src.cols - 1;if (v_src > src.rows - 1) v_src = src.rows - 1;}//双线性插值Bilinear_interpolation_img(src, dst, ii, jj, u_src, v_src);}}return 1;
}// 图像平移 在像素坐标系下进行 图像左顶点为原点，x轴为图像列，y轴为图像行
// tx： x方向(图像列)平移量,向右平移为正
// ty： y方向(图像行)平移量,向下平移为正
int affine_moveImg(Mat src, Mat& dst, double tx, double ty)
{if (src.rows <= 0 || src.cols <= 0 ||(src.channels() != 1 && src.channels() != 3) || src.depth() != CV_8U){printf("输入图像有误!\n");return 0;}int dst_h = src.rows, dst_w = src.cols;int ii = 0, jj = 0;double u_src = 0, v_src = 0;if (src.channels() == 3){dst = cv::Mat::zeros(dst_h, dst_w, CV_8UC3); //RGB图初始}else{dst = cv::Mat::zeros(dst_h, dst_w, CV_8UC1);}Mat M_toPhysics = (Mat_<double>(3, 3) << 1, 0, tx, 0, 1, ty, 0, 0, 1);Mat M_trans_inv = M_toPhysics.inv();Mat dst_uv(3, 1, CV_64F);dst_uv.at<double>(2, 0) = 1;Mat src_uv(dst_uv);//反向映射for (ii = 0; ii < dst_h; ++ii){for (jj = 0; jj < dst_w; ++jj){dst_uv.at<double>(0, 0) = jj;dst_uv.at<double>(1, 0) = ii;src_uv = M_trans_inv * dst_uv;u_src = src_uv.at<double>(0, 0);v_src = src_uv.at<double>(1, 0);//双线性插值Bilinear_interpolation_img(src, dst, ii, jj, u_src, v_src);}}return 1;
}// 缩放 以图像左顶点为原点
// cx: 水平缩放尺度
// cy: 垂直缩放尺度
int affine_scalingImg(Mat src, Mat& dst, double cx, double cy)
{if (src.rows <= 0 || src.cols <= 0 ||(src.channels() != 1 && src.channels() != 3) || src.depth() != CV_8U){printf("输入图像有误!\n");return 0;}int dst_h = (int)(cy * src.rows + 0.5), dst_w = (int)(cx * src.cols + 0.5);int ii = 0, jj = 0;double u_src = 0, v_src = 0;if (src.channels() == 3){dst = cv::Mat::zeros(dst_h, dst_w, CV_8UC3); //RGB图初始}else{dst = cv::Mat::zeros(dst_h, dst_w, CV_8UC1);}Mat M_scale = (Mat_<double>(3, 3) << cx, 0, 0, 0, cy, 0, 0, 0, 1);Mat M_trans_inv = M_scale.inv();Mat dst_uv(3, 1, CV_64F);dst_uv.at<double>(2, 0) = 1;Mat src_uv(dst_uv);//反向映射for (ii = 0; ii < dst_h; ++ii){for (jj = 0; jj < dst_w; ++jj){dst_uv.at<double>(0, 0) = jj;dst_uv.at<double>(1, 0) = ii;src_uv = M_trans_inv * dst_uv;u_src = src_uv.at<double>(0, 0);v_src = src_uv.at<double>(1, 0);// 边界问题if (u_src < 0) u_src = 0;if (v_src < 0) v_src = 0;if (u_src > src.cols - 1) u_src = src.cols - 1;if (v_src > src.rows - 1) v_src = src.rows - 1;//双线性插值Bilinear_interpolation_img(src, dst, ii, jj, u_src, v_src);}}return 1;
}// 错切变换 以图像中心为偏移中心
// [输入]	sx--水平错切系数
//			sy--垂直错切系数		
int affine_miscut(Mat src, Mat& dst, double sx, double sy)
{if (src.rows <= 0 || src.cols <= 0 ||(src.channels() != 1 && src.channels() != 3) || src.depth() != CV_8U){printf("输入图像有误!\n");return 0;}int dst_h = fabs(sy) * src.cols + src.rows, dst_w = fabs(sx) * src.rows + src.cols;int ii = 0, jj = 0;double u_src = 0, v_src = 0;if (src.channels() == 3){dst = cv::Mat::zeros(dst_h, dst_w, CV_8UC3); //RGB图初始}else{dst = cv::Mat::zeros(dst_h, dst_w, CV_8UC1);}Mat M_toPhysics = (Mat_<double>(3, 3) << 1, 0, -0.5 * src.cols, 0, -1, 0.5 * src.rows, 0, 0, 1);Mat M_rotate = (Mat_<double>(3, 3) << 1, sx, 0, sy, 1, 0, 0, 0, 1);Mat M_toPixel = (Mat_<double>(3, 3) << 1, 0, 0.5 * dst.cols, 0, -1, 0.5 * dst.rows, 0, 0, 1);Mat M_trans = M_toPixel * M_rotate * M_toPhysics;Mat M_trans_inv = M_trans.inv();Mat dst_uv(3, 1, CV_64F);dst_uv.at<double>(2, 0) = 1;Mat src_uv(dst_uv);//反向映射for (ii = 0; ii < dst_h; ++ii){for (jj = 0; jj < dst_w; ++jj){dst_uv.at<double>(0, 0) = jj;dst_uv.at<double>(1, 0) = ii;src_uv = M_trans_inv * dst_uv;u_src = src_uv.at<double>(0, 0);v_src = src_uv.at<double>(1, 0);//双线性插值Bilinear_interpolation_img(src, dst, ii, jj, u_src, v_src);}}return 1;
}// 组合变换示例
// 缩放->旋转->错切(即偏移)
// [输入]	
int affine_srm_combImg(Mat src, Mat& dst, double cx, double cy, double Angle, double sx, double sy)
{if (src.rows <= 0 || src.cols <= 0 ||(src.channels() != 1 && src.channels() != 3) || src.depth() != CV_8U){printf("输入图像有误!\n");return 0;}double angle, cos_a, sin_a;int dst_s_h, dst_s_w, dst_sr_h, dst_sr_w, dst_srm_h, dst_srm_w;angle = Angle / 180 * CV_PI;cos_a = cos(angle);sin_a = sin(angle);dst_s_h = (int)(cy * src.rows + 0.5);dst_s_w = (int)(cx * src.cols + 0.5);dst_sr_h = (int)(fabs(dst_s_h * cos_a) + fabs(dst_s_w * sin_a) + 0.5);dst_sr_w = (int)(fabs(dst_s_h * sin_a) + fabs(dst_s_w * cos_a) + 0.5);dst_srm_h = fabs(sy) * dst_sr_w + dst_sr_h;dst_srm_w = fabs(sx) * dst_sr_h + dst_sr_w;int ii = 0, jj = 0;double u_src = 0, v_src = 0;if (src.channels() == 3){dst = cv::Mat::zeros(dst_srm_h, dst_srm_w, CV_8UC3); //RGB图初始}else{dst = cv::Mat::zeros(dst_srm_h, dst_srm_w, CV_8UC1);}Mat M_scale = (Mat_<double>(3, 3) << cx, 0, 0, 0, cy, 0, 0, 0, 1);Mat M_toPhysics = (Mat_<double>(3, 3) << 1, 0, -0.5 * dst_s_w, 0, -1, 0.5 * dst_s_h, 0, 0, 1);Mat M_rotate = (Mat_<double>(3, 3) << cos_a, -sin_a, 0, sin_a, cos_a, 0, 0, 0, 1);Mat M2 = M_rotate * M_toPhysics;Mat M_mis = (Mat_<double>(3, 3) << 1, sx, 0, sy, 1, 0, 0, 0, 1);Mat M_toPixel = (Mat_<double>(3, 3) << 1, 0, 0.5 * dst.cols, 0, -1, 0.5 * dst.rows, 0, 0, 1);Mat M3 = M_toPixel * M_mis;Mat M_trans = M3 * M2 * M_scale;Mat M_trans_inv = M_trans.inv();Mat dst_uv(3, 1, CV_64F);dst_uv.at<double>(2, 0) = 1;Mat src_uv(dst_uv);//反向映射for (ii = 0; ii < dst_srm_h; ++ii){for (jj = 0; jj < dst_srm_w; ++jj){dst_uv.at<double>(0, 0) = jj;dst_uv.at<double>(1, 0) = ii;src_uv = M_trans_inv * dst_uv;u_src = src_uv.at<double>(0, 0);v_src = src_uv.at<double>(1, 0);//处理边界问题if (int(Angle) % 90 == 0){if (u_src < 0) u_src = 0;if (v_src < 0) v_src = 0;if (u_src > src.cols - 1) u_src = src.cols - 1;if (v_src > src.rows - 1) v_src = src.rows - 1;}//双线性插值Bilinear_interpolation_img(src, dst, ii, jj, u_src, v_src);}}return 1;
}int main()
{Mat src = imread("E:\\Lena.jpg", 1), dst;//水平、垂直镜像int way_mirror = 1;//affine_mirrorImg(src, dst, way_mirror);//旋转double angle_r = 250;//int flag = affine_rotateImg(src, dst, angle_r);//if (flag == 0)//{//	return;//}//平移double tx = 50, ty = -50;//	affine_moveImg(src, dst, tx, ty);//尺度变换(缩放)double cx = 1.5, cy = 1.5;affine_scalingImg(src, dst, cx, cy);//错切(偏移)double sx = 0.2, sy = 0.2;//affine_trans_deviation(src, dst, sx, sy);affine_miscut(src, dst, sx, sy);//组合变换 缩放->旋转->错切(即偏移)//affine_srm_combImg(src, dst, cx, cy, angle_r, sx, sy);// 显示 Mat src_resize, dst_resize;//affine_scalingImg(src, src_resize, 0.4, 0.3);//affine_scalingImg(dst, dst_resize, 0.4, 0.3);namedWindow("src", 0);namedWindow("dst", 0);imshow("src", src);imshow("dst", dst);waitKey(0);system("pause");return 0;
}

6、图像缩放

图像可以通过两种方式调整大小：

假设图像的初始尺寸为 W×H，其中 W 和 H 分别代表宽度和高度。如果想要加倍的大小(尺寸)的图像，可以调整或缩放图像到 2W×2H。类似地，如果想将图像的大小(尺寸)减少一半，那么可以调整或缩放图像到W/2×H/2。因为只是想缩放图像，可以在调整大小时传递缩放因子(长度和宽度)，图像输出尺寸可以根据这些比例因子计算出来。

同时，也可能想要将图像的大小调整为一个固定的尺寸，比如 420×360像素。在这种情况下，缩放将不起作用，因为不能确定初始维度是固定维度的倍数(或因数)。这要求在调整大小时直接传递图像的新尺寸。

上图显示了想要调整大小的图像和像素值。目前，它的尺寸是 5×5。假设我们想要翻倍。这将导致以下输出。但是，我们想要填充像素值。

让我们看看我们有哪些不同的选择。可以复制像素。这将给我们如下图所示的结果：

如果去掉前面图像中的像素值（方格里面的数字），将得到如下图所示的图像。将其与原始图像进行比较。注意它看起来和原始图像是多么的相似

类似地，如果想要将图像缩小一半，可以减少一些像素。你会注意到，在调整大小时，复制了像素。还可以使用其他一些技巧。譬如：可以使用插值，即根据相邻像素的像素值找出新的像素值，而不是直接复制它们。这给了颜色一个很好的平滑过渡。下图显示了如果我们使用不同的插值，结果是如何变化的。从下图中，可以看到，当从左到右执行时，新创建的像素值的计算方式是不同的。在前三幅图像中，像素是直接从相邻像素复制的，而在后一幅图像中，像素值依赖于所有相邻像素(左、右、上、下)，也依赖于对角线相邻的像素:

6.1 实现图像缩放

//图像缩小
Mat imageTranslation(Mat& srcImage,int n)
{int nRows = srcImage.rows;int nCols = srcImage.cols;Mat resultImage(srcImage.size() / n, srcImage.type());//遍历图像for (int i = 0; i < nRows; i++){for (int j = 0; j < nCols; j++){if (n * i < nRows && n * j < nCols){resultImage.at<Vec3b>(i, j) = srcImage.at<Vec3b>(n * i, n * j);}}}return resultImage;
}
//图像放大
Mat imageTranslation1(Mat& srcImage, int n)
{int nRows = srcImage.rows;int nCols = srcImage.cols;Mat resultImage(srcImage.size() * n, srcImage.type());//遍历图像for (int i = 0; i < nRows * n; i++){for (int j = 0; j < nCols * n ; j++){resultImage.at<Vec3b>(i, j) = srcImage.at<Vec3b>( i / n , j / n);}}return resultImage;
}int main()
{//读取图像Mat srcImage = imread("E:\\Lena.jpg");if (srcImage.empty()){return -1;}//显示原图像imshow("原图像", srcImage);int x0ffset = 50;int y0ffset = 80;int n = 2;Mat resultImage1 = imageTranslation(srcImage,n);imshow("缩小图片", resultImage1);Mat resultImage2 = imageTranslation1(srcImage, n);imshow("放大图片", resultImage2);cv::waitKey(0);return 0;
}

Mat imgDown_1(Mat& srcimg, float kx, float ky)
{//提取图像的分辨率int nrows = cvRound(srcimg.rows * kx);int ncols = cvRound(srcimg.cols * ky);Mat resimg(nrows, ncols, srcimg.type());for (int i = 0; i < nrows; i++){for (int j = 0; j < ncols; j++){//根据水平因子计算坐标int x = static_cast<int>((i + 1) / kx + 0.5) - 1;//根据垂直因子计算坐标int y = static_cast<int>((j + 1) / ky + 0.5) - 1;resimg.at<Vec3b>(i, j) = srcimg.at<Vec3b>(x, y);}}return resimg;
}
//对图像进行放大
Mat imgUp_1(Mat& srcimg, float kx, float ky)
{int nrows = srcimg.rows * kx;int ncols = srcimg.cols * ky;Mat resimg(nrows, ncols, srcimg.type());for (int i = 0; i < nrows; i++){//int x = i / kx;int x = static_cast<int>((i + 1) / kx + 0.7) - 1;for (int j = 0; j < ncols; j++){//int y = j / ky;int y = static_cast<int>((j + 1) / ky + 0.7) - 1;resimg.at<Vec3b>(i, j) = srcimg.at<Vec3b>(x, y);}}return resimg;
}Vec3b areaAverage(const Mat& srcimg, Point_<int> leftPoint, Point_<int> rightPoint)
{int tmp1 = 0, tmp2 = 0, tmp3 = 0;//计算区域字块像素点个数int nPix = (rightPoint.x - leftPoint.x + 1) * (rightPoint.y - leftPoint.y + 1);//对区域字块各个通道对像素值求和for (int i = leftPoint.x; i <= rightPoint.x; i++){for (int j = leftPoint.y; j <= rightPoint.y; j++){tmp1 += srcimg.at<Vec3b>(i, j)[0];tmp2 += srcimg.at<Vec3b>(i, j)[1];tmp3 += srcimg.at<Vec3b>(i, j)[2];}}//对每个通道求均值Vec3b vecTmp;vecTmp[0] = tmp1 / nPix;vecTmp[1] = tmp2 / nPix;vecTmp[2] = tmp3 / nPix;return vecTmp;
}Mat imgDown_2(const Mat& srcimg, double kx, double ky)
{int nrows = srcimg.rows * kx;int ncols = srcimg.cols * ky;/*int nrows = cvRound(srcimg.rows * kx);int ncols = cvRound(srcimg.cols * ky);*/Mat resimg(nrows, ncols, srcimg.type());//区域子块的左上角行列坐标int leftRowCoordinate = 0;int leftColCoordinate = 0;for (int i = 0; i < nrows; i++){//根据水平因子计算坐标int x = static_cast<int>((i + 1) / kx + 0.5) - 1;for (int j = 0; j < ncols; j++){//根据垂直因子计算坐标int y = static_cast<int>((j + 1) / ky + 0.5) - 1;//求解区域子块的均值resimg.at<Vec3b>(i, j) = areaAverage(srcimg, Point_<int>(leftRowCoordinate, leftColCoordinate), Point_<int>(x, y));//resimg.at<Vec3b>(i, j) = srcimg.at<Vec3b>(x, y);//更新下子块左上角的列坐标，行坐标不变leftColCoordinate = y + 1;}leftColCoordinate = 0;//更新下子块左上角的行坐标leftRowCoordinate = x + 1;}return resimg;
}
//对图像进行放大
Mat imgUp_2(const Mat& srcimg, double kx, double ky)
{int nrows = srcimg.rows * kx;int ncols = srcimg.cols * ky;Mat resimg(nrows, ncols, srcimg.type());int leftRowCoordinate = 0;int leftColCoordinate = 0;for (int i = 0; i < nrows; i++){int x = i / kx;for (int j = 0; j < ncols; j++){int y = j / ky;//resimg.at<Vec3b>(i, j) = areaAverage(srcimg, Point_<int>(leftRowCoordinate, leftColCoordinate), Point_<int>(x, y));resimg.at<Vec3b>(i, j) = srcimg.at<Vec3b>(x, y);leftColCoordinate = y + 1;}leftColCoordinate = 0;leftRowCoordinate = x + 1;}return resimg;
}int main()
{//Mat srcimg = imread("C:\\Users\\H\\Desktop\\1.png");Mat srcimg = imread("E:\\Lena.jpg");if (srcimg.empty()){return -1;}imshow("srcimg", srcimg);//自定义图像缩放模式Mat upimg1 = imgUp_1(srcimg, 2, 2);imshow("upimg1", upimg1);Mat resimg1 = imgDown_1(srcimg, 0.5, 0.5);imshow("resimg1", resimg1);Mat resimg2 = imgDown_2(srcimg, 0.5, 0.5);imshow("resimg2", resimg2);Mat upimg2 = imgUp_2(srcimg, 2, 2);imshow("upimg2", upimg2);//图像金子塔实现图像的缩放Mat pyrDownimg;pyrDown(srcimg, pyrDownimg);imshow("pyrDownimg", pyrDownimg);Mat pyrUpimg;pyrUp(srcimg, pyrUpimg);imshow("pyrUpimg", pyrUpimg);//resize方式实现图像的缩放Mat dstimg;const double scaleVal = 2;//resize(srcimg, dstimg, Size(srcimg.cols*0.5, srcimg.rows*0.5));resize(srcimg, dstimg, Size(srcimg.cols * 2, srcimg.rows * 2));imshow("dstimg", dstimg);waitKey(0);return 0;
}

7.透视变换

仿射变换后依然是平行四边形，并不能做到任意的变换。

#7.1 透视变换原理
透视变换（Perspective Transformation）是将二维的图片投影到一个三维视平面上，然后再转换到二维坐标下，所以也称为投影映射（Projective Mapping）。简单来说就是二维→三维→二维的一个过程。
透视变换公式：

透视变换矩阵表示：

仿射变换是透视变换的子集。接下来再通过除以Z轴转换成二维坐标：

透视变换中的三维->二维

透视变换相比仿射变换更加灵活，变换后会产生一个新的四边形，但不一定是平行四边形，所以需要非共线的四个点才能唯一确定，原图中的直线变换后依然是直线。因为四边形包括了所有的平行四边形，所以透视变换包括了所有的仿射变换。

7.2 实现透视变换

int main() {string path = "E:\\Lena.jpg";Mat img = imread(path);float w = 150, h = 250;Mat matrix, imgWarp;Point2f src[4] = { {96,94},{212,94},{96,209},{212,209} };Point2f dst[4] = { {0.0f,0.0f},{w,0.0f},{0.0f,h},{w,h} };matrix = getPerspectiveTransform(src, dst);warpPerspective(img, imgWarp, matrix, Point(w, h));for (int i = 0; i < 4; i++){circle(img, src[i], 10, Scalar(0, 0, 255), FILLED);}imshow("Image", img);imshow("Image Warp", imgWarp);waitKey(0);return 0;
}

（1）Mat getPerspectiveTransform(const Point2f* src, const Point2f* dst)//参数const Point2f* src：原图的四个固定顶点//参数const Point2f* dst：目标图像的四个固定顶点//返回值：Mat型变换矩阵，可直接用于warpAffine()函数//注意，顶点数组长度超4个，则会自动以前4个为变换顶点；数组可用Point2f[]或Point2f*表示//注意：透视变换的点选取变为4个（2）C++ void warpPerspective(InputArray src, OutputArray dst, InputArray M, Size dsize, int flags=INTER_LINEAR, int borderMode=BORDER_CONSTANT, const Scalar& borderValue=Scalar())//参数InputArray src：输入变换前图像//参数OutputArray dst：输出变换后图像，需要初始化一个空矩阵用来保存结果，不用设定矩阵尺寸//参数InputArray M：变换矩阵，用另一个函数getAffineTransform()计算//参数Size dsize：设置输出图像大小//参数int flags = INTER_LINEAR：设置插值方式，默认方式为线性插值(另一种WARP_FILL_OUTLIERS)