本期将了解图像的几何变换。几何变换是指改变图像的几何结构，例如大小、角度和形状等，让图像呈现出缩放、翻转、映射和透视的效果。
完成本期内容，你可以：
- 了解几何变换的定义
- 掌握几何变换的原理和使用
若要运行案例代码，你需要有：
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操作系统：Ubuntu 16 以上 或者 Windows10
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工具软件：VScode 或者其他源码编辑器
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硬件环境：无特殊要求
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核心库：python 3.6.13， opencv-contrib-python 3.4.11.39，opencv-python 3.4.2.16
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图像缩放
OpenCV中提供的图像缩放的函数是cv2.resize()。
函数原型： dst = cv2.resize(src, dsize, fx, fy, interpolation)；
dst为变换后的图像。
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| src | 原始图像 |
| dsize | 输出图像的大小 |
| fx | 可选参数，水平方向的缩放比例 |
| fy | 可选参数，竖直方向的缩放比例 |
| interpolation | 可选参数，缩放的插值方式，在图像缩小或放大时需要删减或补充像素，该参数可以指定使用哪种算法对像素进行增减。建议使用默认值。 |
仿射变换
仿射变换是一种仅发生在二维平面内的几何变换，变换之后的图像仍然可以保持直线的“平直性”和“平行性”，也就是说原来的直线变换之后还是直线，平行线变换之后还是平行线。常见的仿射变换包含：平移、旋转和倾斜。
OpenCV中提供的用于仿射变换的函数是cv2.warpAffine()。
函数原型： dst = cv2.warpAffine(src, M, dsize, flags, borderMode,borderValue)；
dst为变换后的图像
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| src | 原始图像 |
| M | 矩阵，根据此矩阵的值变换原图中的像素位置 |
| dsize | 输出图像的尺寸大小 |
| flags | 可选参数，插值方式，建议使用默认值 |
| borderMode | 可选参数，边界类型，建议使用默认值 |
| borderValue | 可选参数，边界值，默认为0，建议使用默认值 |
平移
- 平移的仿射矩阵M
旋转
OpenCV中提供的用于获取旋转矩阵的函数是cv2.getRotationMatrix2D()。
函数原型： retval=cv2.getRotationMatrix2D(center, angle, scale)
retal为转换矩阵。
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| center | 旋转的中心点 |
| angle | 旋转角度，正数表示逆时针旋转、负数表示顺时针旋转 |
| scale | 变换尺度（缩放大小） |
倾斜
OpenCV中提供的用于获取倾斜矩阵的函数是cv2.getPerspectiveTransform()。
函数原型： retval = cv2.getPerspectiveTransform( src, dst )
retal为转换矩阵。
参数描述如下：
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| src | 输入图像的四个点坐标 |
| dst | 输出图像的四个点坐标 |
具体步骤
1. 创建项目结构
创建项目名为使用几何变换让图像动起来，项目根目录下新建code文件夹储存代码，新建dataset文件夹储存数据，项目结构如下：
使用几何变换让图像动起来 # 项目名称
├── code # 储存代码文件
├── dataset # 储存数据文件
注：如项目结构已存在，无需再创建。
2. 使用图像几何变换将图像缩小
- 在
code文件夹下创建downsize.py文件； - 读取
dataset文件夹下的scenery.png图片，并进行展示 ； - 将图像缩小一半；
- 将缩小后的图片保存至
dataset文件夹，名为scenery1.png - 无限等待用户输入按键，按下按键后销毁所有窗口。
代码实现
# 导入OpenCV
import cv2
# 读取图像
img = cv2.imread("../dataset/scenery.png")
# 将图像缩小一半
dst = cv2.resize(img, (0, 0),fx=0.5,fy=0.5)
# 保存缩小后的图像
cv2.imwrite('../dataset/scenery1.png',dst)
# 显示图像
cv2.imshow("img", img)
cv2.imshow("dst2", dst)
cv2.waitKey()
cv2.destroyAllWindows()
3. 使用几何变换进行图像平移
- 在
code文件夹下创建pan.py文件； - 读取
dataset文件夹下的scenery.png图片，并进行展示 ； - 将图像向右平移50像素，向下平移100像素，并进行展示；
- 无限等待用户输入按键，按下按键后销毁所有窗口。
代码实现
# 导入OpenCV、NumPy
import cv2
import numpy as np
# 读取图像
img = cv2.imread("../dataset/scenery.png") # 读取图像
# 获取图像尺寸
rows = img.shape[0] # 图像像素行数
cols = img.shape[1] # 图像像素列数
# 平移矩阵M
M = np.float32([[1, 0, 50], # 横坐标向右移动50像素
[0, 1, 100]]) # 纵坐标向下移动100像素
# 仿射变换
dst = cv2.warpAffine(img, M, (cols, rows))
cv2.imshow("img", img) # 显示原图
cv2.imshow("dst", dst) # 显示仿射变换效果
cv2.waitKey() # 按下任何键盘按键后
cv2.destroyAllWindows() # 释放所有窗体
4. 使用几何变换将图像进行旋转
- 在
code文件夹下创建rotate.py文件； - 读取
dataset文件夹下的scenery.png图片，并进行展示 ； - 将图像以图像中心点为中心，逆时针旋转30度，缩小0.7倍，并进行展示；
- 无限等待用户输入按键，按下按键后销毁所有窗口。
代码实现
# 导入OpenCV
import cv2
# 读取图像
img = cv2.imread("../dataset/scenery.png")
# 获取像素尺寸，确定旋转中心点
rows = img.shape[0] # 图像像素行数
cols = img.shape[1] # 图像像素列数
center = (rows / 2, cols / 2) # 图像的中心点
# 图像旋转
M = cv2.getRotationMatrix2D(center, 30, 0.7) # 以图像为中心，逆时针旋转30度，缩放0.8倍
dst = cv2.warpAffine(img, M, (cols, rows)) # 按照M进行仿射
cv2.imshow("img", img) # 显示原图
cv2.imshow("dst", dst) # 显示仿射变换效果
cv2.waitKey() # 按下任何键盘按键后
cv2.destroyAllWindows() # 释放所有窗体
图像的几何变换在图像预处理的过程中用到的很多，对于一些拍摄角度存在偏差的图像，进行角度的调整有这非常好的效果。
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