【OpenCV】图像变换（缩放、平移、旋转、仿射）

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前言

图像变换是指通过对图像进行缩放、平移、旋转、仿射、透视等变换来改变图像的形状和大小。在本篇博客中，我们将详细介绍OpenCV中的图像变换函数，并提供示例代码以帮助读者更好地理解这些函数的使用方法。

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1. 缩放变换

缩放变换是指通过改变图像的大小来改变图像的形状。在OpenCV中，可以使用resize函数实现缩放变换。该函数的原型如下：

void resize(InputArray src, OutputArray dst, Size dsize, double fx=0, double fy=0, int interpolation=INTER_LINEAR )

其中，src表示原图像，dst表示输出图像，dsize表示输出图像的大小，fx和fy表示在x和y方向上的缩放因子，interpolation表示缩放方法，常见的有以下5种：

1. cv2.INTER_NEAREST 最近邻插值法；
2. cv2.INTER_LINEAR 双线性插值法（默认）（推荐放大处理）；
3. cv2.INTER_AREA 基于局部像素点的重采样（推荐缩小处理）；
4. cv2.INTER_CUBIC 基于4x4像素邻域的3次插值法（推荐放大处理）；
5. cv2.INTER_LANCZOS4 基于8x8像素邻域的lanczos插值；

下面是一个简单的示例代码，展示如何使用resize函数进行图像缩放：

import cv2

# 加载图像
img = cv2.imread('input.jpg')

# 缩放图像
resized_img = cv2.resize(img, None, fx=0.5, fy=0.5, interpolation=cv2.INTER_LINEAR)

# 显示缩放后的图像
cv2.imshow('Resized Image', resized_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

在上面的示例代码中，我们首先使用cv2.imread函数加载输入图像，然后使用cv2.resize函数将图像缩小一半，最后使用cv2.imshow函数显示缩放后的图像。

2. 平移变换

**平移变换是指通过改变图像的位置来改变图像的形状。**在OpenCV中，可以使用warpAffine函数实现平移变换。该函数的原型如下：

void warpAffine(InputArray src, OutputArray dst, InputArray M, Size dsize, int flags=INTER_LINEAR, int borderMode=BORDER_CONSTANT, const Scalar& borderValue=Scalar())

其中，src表示原图像，dst表示输出图像，M表示变换矩阵，dsize表示输出图像的大小，flags表示插值方法，borderMode表示边界填充模式，borderValue表示填充颜色。

下面是一个简单的示例代码，展示如何使用warpAffine函数进行图像平移：

import cv2
import numpy as np

# 加载图像
img = cv2.imread('input.jpg')

# 定义平移矩阵
M = np.float32([[1, 0, 100], [0, 1, 50]])

# 平移图像
translated_img = cv2.warpAffine(img, M, (img.shape[1], img.shape[0]))

# 显示平移后的图像
cv2.imshow('Translated Image', translated_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

在上面的示例代码中，我们首先使用cv2.imread函数加载输入图像，然后定义一个平移矩阵M，其中第一行表示在x方向上平移100个像素，第二行表示在y方向上平移50个像素。最后，我们使用cv2.warpAffine函数对图像进行平移，并使用cv2.imshow函数显示平移后的图像。

3. 旋转变换

**旋转变换是指通过改变图像的方向来改变图像的形状。**在OpenCV中，可以使用getRotationMatrix2D和warpAffine函数实现旋转变换。getRotationMatrix2D函数用于计算旋转矩阵，warpAffine函数用于对图像进行旋转变换。这两个函数的原型如下：

Mat getRotationMatrix2D(Point2f center, double angle, double scale);
void warpAffine(InputArray src, OutputArray dst, InputArray M, Size dsize, int flags=INTER_LINEAR, int borderMode=BORDER_CONSTANT, const Scalar& borderValue=Scalar())

其中，center表示旋转中心，angle表示旋转角度，scale表示缩放因子，src表示原图像，dst表示输出图像，M表示变换矩阵，dsize表示输出图像的大小，flags表示插值方法，borderMode表示边界填充模式，borderValue表示填充颜色。

下面是一个简单的示例代码，展示如何使用getRotationMatrix2D和warpAffine函数进行图像旋转：

import cv2
import numpy as np

# 加载图像
img = cv2.imread('input.jpg')

# 计算旋转矩阵
center = (img.shape[1] / 2, img.shape[0] / 2)
angle = 45
scale = 1
M = cv2.getRotationMatrix2D(center, angle, scale)

# 旋转图像
rotated_img = cv2.warpAffine(img, M, (img.shape[1], img.shape[0]))

# 显示旋转后的图像
cv2.imshow('Rotated Image', rotated_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

在上面的示例代码中，我们首先使用cv2.imread函数加载输入图像，然后使用cv2.getRotationMatrix2D函数计算旋转矩阵M，其中center表示旋转中心，angle表示旋转角度，scale表示缩放因子。最后，我们使用cv2.warpAffine函数对图像进行旋转，并使用cv2.imshow函数显示旋转后的图像。

4. 仿射变换

**仿射变换是指通过线性变换来改变图像的形状。**在OpenCV中，可以使用getAffineTransform和warpAffine函数实现仿射变换。getAffineTransform函数用于计算仿射变换矩阵，warpAffine函数用于对图像进行仿射变换。这两个函数的原型如下：

Mat getAffineTransform(const Point2f src[], const Point2f dst[]);
void warpAffine(InputArray src, OutputArray dst, InputArray M, Size dsize, int flags=INTER_LINEAR, int borderMode=BORDER_CONSTANT, const Scalar& borderValue=Scalar() )

其中，src表示原图像中的三个点，dst表示变换后的三个点，M表示变换矩阵，dsize表示输出图像的大小，flags表示插值方法，borderMode表示边界填充模式，borderValue表示填充颜色。

下面是一个简单的示例代码，展示如何使用getAffineTransform和warpAffine函数进行仿射变换：

import cv2
import numpy as np

# 加载图像
img = cv2.imread('input.jpg')

# 定义原图像中的三个点和变换后的三个点
src_points = np.float32([[50, 50], [200, 50], [50, 200]])
dst_points = np.float32([[10, 100], [200, 50], [100, 250]])

# 计算仿射变换矩阵
M = cv2.getAffineTransform(src_points, dst_points)

# 仿射变换图像
affine_img = cv2.warpAffine(img, M, (img.shape[1], img.shape[0]))

# 显示变换后的图像
cv2.imshow('Affine Image', affine_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

在上面的示例代码中，我们首先使用cv2.imread函数加载输入图像，然后定义原图像中的三个点和变换后的三个点，其中src_points表示原图像中的三个点的坐标，dst_points表示变换后的三个点的坐标。最后，我们使用cv2.getAffineTransform函数计算仿射变换矩阵M，并使用cv2.warpAffine函数对图像进行仿射变换，并使用cv2.imshow函数显示变换后的图像。

除了以上介绍的几种变换，OpenCV中还提供了许多其他的图像变换函数，例如透视变换、极坐标变换等等，后续给大家分享。