【计算机视觉】二、图像形成——实验：2D变换编辑（Pygame）

Qomolangma

发布于 2024-07-30 12:45:46

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发布于 2024-07-30 12:45:46

文章被收录于专栏：计算机视觉深度学习

一、向量和矩阵的基本运算

【计算机视觉】二、图像形成：1、向量和矩阵的基本运算：线性变换与齐次坐标

二、几何基元和变换

1、几何基元(Geometric Primitives)

几何基元是计算机图形学中最基本的图形对象,它们是构建更复杂图形的基础单元。常见的几何基元包括:

点(Point): 由一对或一组坐标值表示的零维对象。
线段(Line Segment): 由两个端点确定的一维对象。
多边形(Polygon): 由一系列顶点连接而成的闭合平面图形,是二维对象。
曲线(Curve): 由一系列控制点和方程确定的平滑曲线,如贝塞尔曲线、样条曲线等。
圆(Circle): 由一个圆心和半径确定的二维闭合曲线。
球体(Sphere): 由一个球心和半径确定的三维闭合曲面。

这些基本的几何基元可以通过组合、变换等操作构建出更加复杂的图形对象,如三维模型、场景等。

2、几何变换(Geometric Transformations)

【计算机视觉】二、图像形成：2、几何基元和几何变换：2D变换

2D变换编辑器

0. 程序简介

本人使用 Pygame 库实现了一个图像变换程序，提供六种不同的变换操作,分别是平移、旋转、等比缩放、缩放、镜像和剪切。可以通过点击相应的按钮选择要执行的变换操作,然后使用鼠标拖动来调整变换的参数,实时查看变换后的图像效果。

环境说明

安装Pygame库

pip install pygame

程序流程

确保图像"image.jpg"文件与Python文件在同一目录下。
运行Python文件,将会弹出一个888x888的窗口,显示原始图像和一排按钮。
点击任意一个按钮,选择相应的变换操作。按钮及对应的变换操作如下:

- “Translate”: 平移变换
- “Rotate”: 旋转变换
- “Isotropic Scale”: 等比缩放变换
- “Scale”: 缩放变换
- “Mirror”: 镜像变换
- “Shear”: 剪切变换按住鼠标左键,并拖拽鼠标,可以实时调整变换效果:

- 平移变换: 拖拽方向和距离决定平移的偏移量。
- 旋转变换: 拖拽的水平距离决定旋转角度。
- 等比缩放变换: 拖拽的水平距离决定缩放比例。
- 缩放变换: 拖拽的水平距离决定x方向缩放比例,垂直距离决定y方向缩放比例。
- 镜像变换: 向右拖拽进行水平镜像,向左拖拽进行垂直镜像。
- 剪切变换: 拖拽的水平距离决定x方向剪切系数,垂直距离决定y方向剪切系数。变换后的图像将显示在原始图像的右侧。

窗口上方会显示当前选择的变换类型。
要退出程序,请关闭窗口或按下键盘上的"Esc"键。

1. 各种变换

平移变换

def translate(img, x, y):
    width, height = img.get_size()
    translated_img = pygame.Surface((window_width, window_height), pygame.SRCALPHA)
    translated_img.blit(img, (x, y))
    return translated_img

旋转变换

def rotate(img, angle):
    rotated_img = pygame.transform.rotate(img, angle)
    return rotated_img

等比缩放变换

def isotropic_scale(img, scale_factor):
    width, height = img.get_size()
    new_size = (int(width * scale_factor), int(height * scale_factor))
    scaled_img = pygame.transform.scale(img, new_size)
    return scaled_img

缩放变换

def scale(img, scale_x, scale_y):
    width, height = img.get_size()
    new_width = int(width * scale_x)
    new_height = int(height * scale_y)
    scaled_img = pygame.transform.scale(img, (new_width, new_height))
    return scaled_img

镜像变换

def mirror(img, mirror_type):
    if mirror_type == 'horizontal':
        mirrored_img = pygame.transform.flip(img, True, False)
    elif mirror_type == 'vertical':
        mirrored_img = pygame.transform.flip(img, False, True)
    else:
        return img
    return mirrored_img

剪切变换

def shear(img, shear_x, shear_y):
    width, height = img.get_size()
    sheared_img = pygame.Surface((width + abs(shear_x * height), height + abs(shear_y * width)))
    sheared_img.set_colorkey((0, 0, 0))
    for x in range(width):
        for y in range(height):
            sheared_img.blit(img, (x + shear_x * y, y + shear_y * x), (x, y, 1, 1))
    return sheared_img

2. 按钮

按钮类

class Button:
    def __init__(self, x, y, width, height, text, color):
        self.rect = pygame.Rect(x, y, width, height)
        self.text = text
        self.color = color

    def draw(self, surface):
        pygame.draw.rect(surface, self.color, self.rect)
        font = pygame.font.Font(None, 24)
        text = font.render(self.text, True, (255, 255, 255))
        text_rect = text.get_rect(center=self.rect.center)
        surface.blit(text, text_rect)

    def is_clicked(self, pos):
        return self.rect.collidepoint(pos)

创建按钮

buttons = [
    Button(50, 50, 150, 50, "Translate", (255, 0, 0)),
    Button(250, 50, 150, 50, "Rotate", (255, 165, 0)),
    Button(450, 50, 150, 50, "Isotropic Scale", (0, 255, 0)),
    Button(650, 50, 150, 50, "Scale", (0, 255, 255)),
    Button(50, 150, 150, 50, "Mirror", (0, 0, 255)),
    Button(250, 150, 150, 50, "Shear", (128, 0, 128))
]

"Translate"按钮颜色为红色 (255, 0, 0)
"Rotate"按钮颜色为橙色 (255, 165, 0)
"Isotropic Scale"按钮颜色为绿色 (0, 255, 0)
"Scale"按钮颜色为青色 (0, 255, 255)
"Mirror"按钮颜色为蓝色 (0, 0, 255)
"Shear"按钮颜色为紫色 (128, 0, 128) 问：为什么没有黄色答：黄色太耀眼了………

3. Pygame

初始化变量

selected_transform = None
transformed_img = original_img.copy()
mouse_dragging = False
drag_start_pos = (0, 0)
drag_offset = (0, 0)
translation_offset = (0, 0)  # 平移偏移量变量

初始化Pygame

pygame.init()

# 设置窗口大小
window_width, window_height = 888, 888
window = pygame.display.set_mode((window_width, window_height))
pygame.display.set_caption("Image Transformations")

# 加载并调整原始图像大小为256x256
original_img = pygame.image.load("image.jpg")
original_img = pygame.transform.scale(original_img, (256, 256))

主循环

running = True
while running:
    for event in pygame.event.get():
        if event.type == pygame.QUIT:
            running = False
        elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONDOWN:
            mouse_pos = pygame.mouse.get_pos()
            for button in buttons:
                if button.is_clicked(mouse_pos):
                    selected_transform = button.text
                    transformed_img = original_img.copy()
            if event.button == 1:  # 鼠标左键
                mouse_dragging = True
                drag_start_pos = mouse_pos
        elif event.type == pygame.MOUSEBUTTONUP:
            if event.button == 1:  # 鼠标左键
                mouse_dragging = False
        elif event.type == pygame.MOUSEMOTION:
            if mouse_dragging:
                mouse_pos = pygame.mouse.get_pos()
                drag_offset = (mouse_pos[0] - drag_start_pos[0], mouse_pos[1] - drag_start_pos[1])
                if selected_transform == "Translate":
                    translation_offset = drag_offset  # 更新平移偏移量
                    transformed_img = translate(original_img, translation_offset[0], translation_offset[1])
                elif selected_transform == "Rotate":
                    angle = drag_offset[0]
                    transformed_img = rotate(original_img, angle)
                elif selected_transform == "Isotropic Scale":
                    scale_factor = max(0.1, 1 + drag_offset[0] / 100)  # 限制缩放比例在0.1到无穷大之间
                    transformed_img = isotropic_scale(original_img, scale_factor)
                elif selected_transform == "Scale":
                    scale_x = max(0.1, 1 + drag_offset[0] / 100)  # 限制x方向缩放比例在0.1到无穷大之间
                    scale_y = max(0.1, 1 + drag_offset[1] / 100)  # 限制y方向缩放比例在0.1到无穷大之间
                    transformed_img = scale(original_img, scale_x, scale_y)
                elif selected_transform == "Mirror":
                    if drag_offset[0] > 0:
                        mirror_type = 'horizontal'
                    else:
                        mirror_type = 'vertical'
                    transformed_img = mirror(original_img, mirror_type)
                elif selected_transform == "Shear":
                    shear_x = drag_offset[0] / 100
                    shear_y = drag_offset[1] / 100
                    transformed_img = shear(original_img, shear_x, shear_y)

    # 清空窗口
    window.fill((222, 222, 222))

    # 显示原始图像
    window.blit(original_img, (50, 250))

    # 显示变换后的图像
    if transformed_img is not None:
        window.blit(transformed_img, (350, 250))

    # 显示选择的变换
    if selected_transform is not None:
        font = pygame.font.Font(None, 36)
        text = font.render(f"Selected Transform: {selected_transform}", True, (255, 255, 255))
        text_rect = text.get_rect(center=(window_width // 2, 222))
        window.blit(text, text_rect)

    # 绘制按钮
    for button in buttons:
        button.draw(window)

    # 更新显示
    pygame.display.flip()