【python】OpenCV—Fun Mirrors

1、准备工作

pip install vacm

2、原理介绍

在OpenCV中，VCAM 库是一个用于简化创建三维曲面、定义虚拟摄像机、设置参数以及进行投影任务的工具。它特别适用于实现如哈哈镜等图像变形效果。

一、VCAM 库的功能

VCAM 库的主要功能包括：

• 创建三维曲面：用户可以根据需要定义一个三维曲面，这个曲面将作为虚拟镜面的基础。

• 定义虚拟摄像机：用户可以设置虚拟摄像机的各种参数，如焦距、位置等，以模拟不同的拍摄效果。

• 投影与重映射：将三维曲面上的点投影到虚拟摄像机的成像平面上，并生成相应的二维点。这些二维点可以用于图像的重映射，从而实现图像的变形效果。

二、使用VCAM库实现哈哈镜效果

• 获取图像并创建网格：首先，获取待处理的图像，并创建一个与图像大小相同的网格。这个网格将用于表示三维曲面上的点。

• 定义三维曲面：通过修改网格中每个点的Z坐标值，来定义一个凹凸不平的三维曲面。这可以通过各种数学函数来实现，如正弦函数、余弦函数等。

• 创建虚拟摄像机并投影：使用VCAM库创建一个虚拟摄像机，并将定义好的三维曲面投影到虚拟摄像机的成像平面上。这一步将生成对应的二维点集。

• 图像重映射：根据投影得到的二维点集，使用OpenCV的remap函数对原始图像进行重映射。重映射的过程将根据二维点集的位置关系，将原始图像中的每个像素点映射到新的位置，从而实现图像的变形效果。

三、代码示例

以下是一个使用Python和VCAM库实现哈哈镜效果的示例代码：

import cv2  
import numpy as np  
from vcam import vcam, meshGen  # 读取图像  
img = cv2.imread('your_image.jpg')  
H, W = img.shape[:2]  # 创建虚拟摄像机  
c1 = vcam(H=H, W=W)  # 创建网格  
plane = meshGen(H, W)  # 定义三维曲面（例如，使用正弦函数来创建波浪形的曲面）  
plane.Z = 10 * np.sin((plane.X / plane.W) * 2 * np.pi * 10)  # 获取三维曲面上的点  
pts3d = plane.getPlane()  # 将三维点投影到二维图像坐标  
pts2d = c1.project(pts3d)  # 构建映射函数  
map_x, map_y = c1.getMaps(pts2d)  # 应用映射函数进行图像重映射  
output = cv2.remap(img, map_x, map_y, interpolation=cv2.INTER_LINEAR)  # 显示结果  
cv2.imshow('Funny Mirror', output)  
cv2.waitKey(0)  
cv2.destroyAllWindows()

四、注意事项

• 安装VCAM库：在使用VCAM库之前，需要确保已经正确安装了该库。如果使用的是Python，可以通过pip等包管理工具进行安装。

• 调整参数：在使用VCAM库时，可以通过调整虚拟摄像机的参数、三维曲面的定义等来实现不同的变形效果。用户可以根据需要进行多次尝试和调整。

• 性能考虑：对于较大的图像或复杂的变形效果，图像重映射的过程可能会比较耗时。因此，在实际应用中需要考虑性能问题，并采取相应的优化措施。

综上所述，OpenCV的VCAM库是一个功能强大的工具，可以用于实现各种有趣的图像变形效果。通过合理使用该库，用户可以轻松地创建出具有创意和趣味性的图像作品。

3、代码实现

# FunnyMirrorsImages.py
import cv2
import numpy as np
import math
from vcam import vcam, meshGenpaths = ["./chess.jpeg", "./1.jpg", "./2.jpg"]for mode in range(8):for i, path in enumerate(paths):# 读取输入图像img = cv2.imread(path)img = cv2.resize(img, (300, 300))H, W = img.shape[:2]# 创建虚拟相机对象c1 = vcam(H=H, W=W)# 创建表面对象plane = meshGen(H, W)# 我们生成一面镜子，其中对于每个 3D 点，其 Z 坐标定义为 Z = F(X,Y)if mode == 0:plane.Z += 20 * np.exp(-0.5 * ((plane.X * 1.0 / plane.W) / 0.1) ** 2) / (0.1 * np.sqrt(2 * np.pi))elif mode == 1:plane.Z += 20 * np.exp(-0.5 * ((plane.Y * 1.0 / plane.H) / 0.1) ** 2) / (0.1 * np.sqrt(2 * np.pi))elif mode == 2:plane.Z -= 10 * np.exp(-0.5 * ((plane.X * 1.0 / plane.W) / 0.1) ** 2) / (0.1 * np.sqrt(2 * np.pi))elif mode == 3:plane.Z -= 10 * np.exp(-0.5 * ((plane.Y * 1.0 / plane.W) / 0.1) ** 2) / (0.1 * np.sqrt(2 * np.pi))elif mode == 4:plane.Z += 20 * np.sin(2 * np.pi * ((plane.X - plane.W / 4.0) / plane.W)) + 20 * np.sin(2 * np.pi * ((plane.Y - plane.H / 4.0) / plane.H))elif mode == 5:plane.Z -= 20 * np.sin(2 * np.pi * ((plane.X - plane.W / 4.0) / plane.W)) - 20 * np.sin(2 * np.pi * ((plane.Y - plane.H / 4.0) / plane.H))elif mode == 6:plane.Z += 100 * np.sqrt((plane.X * 1.0 / plane.W) ** 2 + (plane.Y * 1.0 / plane.H) ** 2)elif mode == 7:plane.Z -= 100 * np.sqrt((plane.X * 1.0 / plane.W) ** 2 + (plane.Y * 1.0 / plane.H) ** 2)else:print("Wrong mode selected")exit(-1)# 提取生成的 3D 平面pts3d = plane.getPlane()# 在虚拟相机中投影（捕捉）平面pts2d = c1.project(pts3d)# 为基于网格的扭曲生成映射函数。map_x, map_y = c1.getMaps(pts2d)# 生成输出output = cv2.remap(img, map_x, map_y, interpolation=cv2.INTER_LINEAR)output = cv2.flip(output, 1)cv2.imshow("Funny Mirror", output)cv2.imshow("Input and output", np.hstack((img, np.zeros((H, 2, 3), dtype=np.uint8), output)))# 取消注释以下行以保存输出# cv2.imwrite("Mirror-effect-%d-image-%d.jpg"%(mode+1,i+1),np.hstack((img,np.zeros((H,2,3),dtype=np.uint8),output)))cv2.waitKey(0)

4、效果展示

输入图片

plane.Z += 20 * np.exp(-0.5 * ((plane.X * 1.0 / plane.W) / 0.1) ** 2) / (0.1 * np.sqrt(2 * np.pi))

plane.Z += 20 * np.exp(-0.5 * ((plane.Y * 1.0 / plane.H) / 0.1) ** 2) / (0.1 * np.sqrt(2 * np.pi))

plane.Z -= 10 * np.exp(-0.5 * ((plane.X * 1.0 / plane.W) / 0.1) ** 2) / (0.1 * np.sqrt(2 * np.pi))

plane.Z -= 10 * np.exp(-0.5 * ((plane.Y * 1.0 / plane.W) / 0.1) ** 2) / (0.1 * np.sqrt(2 * np.pi))

 plane.Z += 20 * np.sin(2 * np.pi * ((plane.X - plane.W / 4.0) / plane.W)) + 20 * np.sin(2 * np.pi * ((plane.Y - plane.H / 4.0) / plane.H))

plane.Z -= 20 * np.sin(2 * np.pi * ((plane.X - plane.W / 4.0) / plane.W)) - 20 * np.sin(2 * np.pi * ((plane.Y - plane.H / 4.0) / plane.H))

plane.Z += 100 * np.sqrt((plane.X * 1.0 / plane.W) ** 2 + (plane.Y * 1.0 / plane.H) ** 2)

plane.Z -= 100 * np.sqrt((plane.X * 1.0 / plane.W) ** 2 + (plane.Y * 1.0 / plane.H) ** 2)

5、参考

• https://github.com/kaustubh-sadekar/FunMirrors
• https://github.com/kaustubh-sadekar/VirtualCam
• OpenCV进阶（11）使用 OpenCV实现哈哈镜