[Python图像处理] 十二.图像几何变换之图像仿射变换、图像透视变换和图像校正

Eastmount

发布于 2022-11-25 09:59:55

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发布于 2022-11-25 09:59:55

文章被收录于专栏：Python和安全那些事 Python和安全那些事Python和安全那些事

该系列文章是讲解Python OpenCV图像处理知识，前期主要讲解图像入门、OpenCV基础用法，中期讲解图像处理的各种算法，包括图像锐化算子、图像增强技术、图像分割等，后期结合深度学习研究图像识别、图像分类、目标检测应用。

前面的文章讲解了图像直方图，本文主要分享图像仿射变换和图像透视变换，通过Python调用OpenCV函数实例。基础性知识希望对您有所帮助。

一.图像仿射变换
二.图像透视变换
三.基于图像透视变换的图像校正
四.图像几何变换总结

文章参考自己以前系列图像处理文章及OpenCV库函数。同时，本篇文章涉及到《计算机图形学》基础知识，请大家下来补充。该系列在github所有源代码：

https://github.com/eastmountyxz/ ImageProcessing-Python

前文回顾（下面的超链接可以点击喔）：

[Python图像处理] 一.图像处理基础知识及OpenCV入门函数
[Python图像处理] 二.OpenCV+Numpy库读取与修改像素
[Python图像处理] 三.获取图像属性、兴趣ROI区域及通道处理
[Python图像处理] 四.图像平滑之均值滤波、方框滤波、高斯滤波、中值滤波及双边滤波
[Python图像处理] 五.图像融合、加法运算及图像类型转换
[Python图像处理] 六.图像缩放、图像旋转、图像翻转与图像平移
[Python图像处理] 七.图像阈值化处理及民族服饰实验对比
[Python图像处理] 八.图像腐蚀与图像膨胀
[Python图像处理] 九.形态学之图像开运算、闭运算、梯度运算
[Python图像处理] 十.形态学之图像顶帽运算和黑帽运算
[Python图像处理] 十一.灰度直方图概念及OpenCV绘制直方图
[Python图像处理] 十二.图像几何变换之图像仿射变换、图像透视变换和图像校正

学Python近八年，认识了很多大佬和朋友，感恩。深知自己很菜，得拼命努力前行，编程也没有什么捷径，干就对了。希望未来能更透彻学习和撰写文章，同时非常感谢参考文献中的大佬们的文章和分享，共勉。 - https://blog.csdn.net/eastmount

一.图像仿射变换

图像仿射变换又称为图像仿射映射，是指在几何中，一个向量空间进行一次线性变换并接上一个平移，变换为另一个向量空间。通常图像的旋转加上拉升就是图像仿射变换，仿射变换需要一个M矩阵实现，但是由于仿射变换比较复杂，很难找到这个M矩阵.

OpenCV提供了根据变换前后三个点的对应关系来自动求解M的函数——cv2.getAffineTransform(pos1,pos2)，其中pos1和pos2表示变换前后的对应位置关系，输出的结果为仿射矩阵M，接着使用函数cv2.warpAffine()实现图像仿射变换。图1是仿射变换的前后效果图。

图像仿射变换的函数原型如下：

M = cv2.getAffineTransform(pos1,pos2)

pos1表示变换前的位置
pos2表示变换后的位置

cv2.warpAffine(src, M, (cols, rows))

src表示原始图像
M表示仿射变换矩阵
(rows,cols)表示变换后的图像大小，rows表示行数，cols表示列数

实现代码如下所示：

#encoding:utf-8
import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

#读取图片
src = cv2.imread('test.bmp')

#获取图像大小
rows, cols = src.shape[:2]

#设置图像仿射变换矩阵
pos1 = np.float32([[50,50], [200,50], [50,200]])
pos2 = np.float32([[10,100], [200,50], [100,250]])
M = cv2.getAffineTransform(pos1, pos2)

#图像仿射变换
result = cv2.warpAffine(src, M, (cols, rows))

#显示图像
cv2.imshow("original", src)
cv2.imshow("result", result)

#等待显示
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

输出效果图如下所示：

二.图像透视变换

图像透视变换（Perspective Transformation）的本质是将图像投影到一个新的视平面，同理OpenCV通过函数cv2.getPerspectiveTransform(pos1,pos2)构造矩阵M，其中pos1和pos2分别表示变换前后的4个点对应位置。得到M后在通过函数cv2.warpPerspective(src,M,(cols,rows))进行透视变换。

图像透视变换的函数原型如下：

M = cv2.getPerspectiveTransform(pos1, pos2)

pos1表示透视变换前的4个点对应位置
pos2表示透视变换后的4个点对应位置

cv2.warpPerspective(src,M,(cols,rows))

src表示原始图像
M表示透视变换矩阵
(rows,cols)表示变换后的图像大小，rows表示行数，cols表示列数

代码如下：

#encoding:utf-8
import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

#读取图片
src = cv2.imread('test01.jpg')

#获取图像大小
rows, cols = src.shape[:2]

#设置图像透视变换矩阵
pos1 = np.float32([[114, 82], [287, 156], [8, 322], [216, 333]])
pos2 = np.float32([[0, 0], [188, 0], [0, 262], [188, 262]])
M = cv2.getPerspectiveTransform(pos1, pos2)

#图像透视变换
result = cv2.warpPerspective(src, M, (190, 272))

#显示图像
cv2.imshow("original", src)
cv2.imshow("result", result)

#等待显示
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

输出结果如下图所示：

三.基于图像透视变换的图像校正

下面参考 t6_17大神的文章，通过图像透视变换实现图像校正功能。假设现在存在一张A4纸图像，现在需要通过调用图像透视变换校正图像。

代码如下所示：

#encoding:utf-8
import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

#读取图片
src = cv2.imread('test01.jpg')

#获取图像大小
rows, cols = src.shape[:2]

#将源图像高斯模糊
img = cv2.GaussianBlur(src, (3,3), 0)
#进行灰度化处理
gray = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2GRAY)

#边缘检测（检测出图像的边缘信息）
edges = cv2.Canny(gray,50,250,apertureSize = 3)
cv2.imwrite("canny.jpg", edges)

#通过霍夫变换得到A4纸边缘
lines = cv2.HoughLinesP(edges,1,np.pi/180,50,minLineLength=90,maxLineGap=10)

#下面输出的四个点分别为四个顶点
for x1,y1,x2,y2 in lines[0]:
    print(x1,y1),(x2,y2)
for x1,y1,x2,y2 in lines[1]:
    print(x1,y1),(x2,y2)

#绘制边缘
for x1,y1,x2,y2 in lines[0]:
    cv2.line(gray, (x1,y1), (x2,y2), (0,0,255), 1)

#根据四个顶点设置图像透视变换矩阵
pos1 = np.float32([[114, 82], [287, 156], [8, 322], [216, 333]])
pos2 = np.float32([[0, 0], [188, 0], [0, 262], [188, 262]])
M = cv2.getPerspectiveTransform(pos1, pos2)

#图像透视变换
result = cv2.warpPerspective(src, M, (190, 272))

#显示图像
cv2.imshow("original", src)
cv2.imshow("result", result)

#等待显示
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

运行结果如下图所示：

四.图像几何变换总结

最后补充图像几何代码所有变换，希望读者能体会下相关的代码，并动手实践下。输出结果以女神为例：

完整代码如下：

#encoding:utf-8
import cv2  
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
 
#读取图片
img = cv2.imread('test3.jpg')
image = cv2.cvtColor(img,cv2.COLOR_BGR2RGB)

#图像平移矩阵
M = np.float32([[1, 0, 80], [0, 1, 30]])
rows, cols = image.shape[:2]
img1 = cv2.warpAffine(image, M, (cols, rows))

#图像缩小
img2 = cv2.resize(image, (200,100))

#图像放大
img3 = cv2.resize(image, None, fx=1.1, fy=1.1)

#绕图像的中心旋转
#源图像的高、宽 以及通道数
rows, cols, channel = image.shape
#函数参数：旋转中心 旋转度数 scale
M = cv2.getRotationMatrix2D((cols/2, rows/2), 30, 1) 
#函数参数：原始图像 旋转参数 元素图像宽高
img4 = cv2.warpAffine(image, M, (cols, rows))

#图像翻转
img5 = cv2.flip(image, 0)   #参数=0以X轴为对称轴翻转 
img6 = cv2.flip(image, 1)   #参数>0以Y轴为对称轴翻转

#图像的仿射
pts1 = np.float32([[50,50],[200,50],[50,200]])
pts2 = np.float32([[10,100],[200,50],[100,250]])
M = cv2.getAffineTransform(pts1,pts2)
img7 = cv2.warpAffine(image, M, (rows,cols))

#图像的透射
pts1 = np.float32([[56,65],[238,52],[28,237],[239,240]])
pts2 = np.float32([[0,0],[200,0],[0,200],[200,200]])
M = cv2.getPerspectiveTransform(pts1,pts2)
img8 = cv2.warpPerspective(image,M,(200,200))

#循环显示图形
titles = [ 'source', 'shift', 'reduction', 'enlarge', 'rotation', 'flipX', 'flipY', 'affine', 'transmission']  
images = [image, img1, img2, img3, img4, img5, img6, img7, img8]  
for i in xrange(9):  
   plt.subplot(3, 3, i+1), plt.imshow(images[i], 'gray')  
   plt.title(titles[i])  
   plt.xticks([]),plt.yticks([])  
plt.show()

感谢在求学路上的同行者，不负遇见，勿忘初心。月是故乡圆啊～

简单纪念下，CSDN阅读量即将破千万，全网粉丝近30万。十年啊，近700篇文章，确实可以说一句：这就是我20到30岁的青春，这里既有技术博客，也有娜璋珞一家的故事，我们的爱情史，也见证了一个自幼受贵州大山熏陶的学子慢慢成长，让我认识了许许多多的博友。如苏老师，受尽挫折，博士毕业，回到家乡玉林成为了一名大学老师，更是自费建成了化学实验室，只想将自己的所学所感传递给他的学生。十年，我在CSDN认识了许多这样的博友、老师和大佬，我们从未谋面，我们天南地北，但相互鼓励，苔花如米小，也学牡丹开。

最后，感谢CSDN，这些年让我骗了很多礼物，更感谢每一位阅读过娜璋故事，每一位给我技术博客点赞的读者。也希望大家记住一个叫Eastmount的分享者，对，不是什么专家，也不是什么大佬，就是一个默默撰写博客的技术分享者，因为爱所以写（今年太忙写得很少很少）。我还将在CSDN写二十年，三十年，一辈子，也将记录我们一家的故事。好想继续抒写我们的故事，但太忙太忙，毕业后再好好写吧。