opencv logPolar()和linearPolar()

logPolar是把数据从笛卡尔转到对数极坐标系,linearPolar把数据从笛卡尔坐标系转到极坐标坐标系。

说到笛卡尔坐标系到极坐标系的转换,大家并不陌生,公式如下:

设(x, y)为极坐标的一点,(x_{0} , y_{0})为转换中心,(\rho, \theta)为转换后的结果,则

\left\{\begin{matrix} \rho = \sqrt{(x-x_{0})^{2}+(y-y_{0})^{2}} & \\ \theta =atan2((y-y_{0})/(x-x_{0}))) & \end{matrix}\right.

笛卡尔转到对数极坐标系的转换多了一层对数,可表示如下

\left\{\begin{matrix} \rho =log( \sqrt{(x-x_{0})^{2}+(y-y_{0})^{2}} )& \\ \theta =atan2((y-y_{0})/(x-x_{0}))) & \end{matrix}\right.

这里log以自然数e为底。

接下来,首先分析一下logPolar和linearPolar输入输出参数的含义以及用法,然后给出一些实验结果。

1 logPolar()

opencv logPolar()和linearPolar()_第1张图片

这里把imgproc.hpp里的函数接口粘了过来,从接口说明里我们可以看到,

输入输出图像类型尺寸一致,输入参数还包括center():转换中心,M: scale 参数和flags(变换后图像插值方法)

logPolar()是这样做的转换:


I = (dx,dy) = (x - center.x,y - center.y) \\
\rho = M \cdot log_e(\texttt{magnitude} (I)) ,\\
\phi = Ky \cdot \texttt{angle} (I)_{0..360 deg} \\

M = src.cols / log_e(maxRadius) \\
Ky = src.rows / 360 \\

上述说明中,除了基本的变换公式外,M和Ky这两个参数需要注意一下,这两个参数决定着变换后半径\rho和角度\theta的尺度,也就是说,在变换后的极坐标图像上,x、y方向上单位像素与半径\rho和角度\theta的关系。

  • M决定输出图像x轴(\rho)的尺度,Ky决定y轴(\theta)的尺度。
  • 注意到,函数没有让我们手动设置Ky的值,Ky = src.rows / 360 已经写死,这样的话,输出极坐标图像y轴从y=0到yy=row-1的范围表示角度从0到360度的变化。

参数M没有写死,我们可以通过接口改变,那 M = src.cols / log_e(maxRadius), 代表什么意思呢, maxRadius是什么呢?

回过头来看笛卡尔向极坐标的变换,现在把输入图像看作是一个二维笛卡尔坐标系,如下图我们可以自己设定center,假设center为图像中心,那么maxRadius=\sqrt{(row/2)^{2} + (col/2)^{2}},那么我们就可以看出,此时乘M的作用就是在输出图像的x轴上,將log(\rho)从x=0拉伸到x=col-1。

opencv logPolar()和linearPolar()_第2张图片opencv logPolar()和linearPolar()_第3张图片

                      笛卡尔坐标系图输入图像                                         对数极坐标系下图像


2 linearPolar()

opencv logPolar()和linearPolar()_第4张图片

linearPolar和logPolar类似,比logPolar简单些,其变换如下图。

 

opencv logPolar()和linearPolar()_第5张图片opencv logPolar()和linearPolar()_第6张图片

          笛卡尔坐标系图输入图像                                                        极坐标系下图像

 

3实验

下面来看几个比较特殊的实验,为了方便,用python实现:

  •  
def polar(img):
  h, w = img.shape[:2]
  maxRadius = math.hypot(w/2,h/2)
  m = w / math.log(maxRadius)
  log_polar = cv2.logPolar(img, (w/2, h/2), m, cv2.WARP_FILL_OUTLIERS + cv2.INTER_LINEAR) 
  linear_polar = cv2.linearPolar(img, (w/2, h/2), maxRadius, cv2.WARP_FILL_OUTLIERS + cv2.INTER_LINEAR) 
  cv2.imshow("log_polar",log_polar)
  cv2.imshow("linear_polar",linear_polar)
  cv2.waitKey(1000)
  

第一组:    logPolar()     

opencv logPolar()和linearPolar()_第7张图片   opencv logPolar()和linearPolar()_第8张图片   opencv logPolar()和linearPolar()_第9张图片

                         src                                   m = src.cols / log_e(maxRadius) /2        m = src.cols /log_e(maxRadius)

第二组:    

opencv logPolar()和linearPolar()_第10张图片              opencv logPolar()和linearPolar()_第11张图片  opencv logPolar()和linearPolar()_第12张图片

                                                                                            logPolar()                                                      linearPolar()

             src                                                  m = src.cols /log_e(maxRadius)                                   maxRadius    

第三组:

opencv logPolar()和linearPolar()_第13张图片        opencv logPolar()和linearPolar()_第14张图片             opencv logPolar()和linearPolar()_第15张图片

                                                                                logPolar()                                                      linearPolar()

                    src                                    m = src.cols /log_e(maxRadius)                              maxRadius

  • 可以想一下在这几个例子中,变换后最右侧的尖儿为什有的能连延伸到最右侧,有的不能。
  • 从笛卡尔坐标系来看,这三组的src貌似形状很完美,但经过转换后可以看出后两组的瑕疵了,如果后两组也是完美对称的,那么在极坐标系下,第二组纵向应该是笔直的,第三组横行应该是平行的。

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