opencv—图像旋转函数，rotate与warpAffine运用（不裁剪crop方法）

opencv—图像旋转函数，rotate与warpAffine运用（不裁剪crop方法）

引言Oo

图像旋转是图像几何变换中具有代表性的操作，直接调用opencv库函数很简单，但是叫你讲解一下，可能能多人会直接放弃。这里面包含了插值、背景处理、三角函数等一些知识，我也今早看了一篇推文，自己写了一下，发现还是有很多基础知识，于是作一次记录。

图像旋转基本原理

图像旋转之后大小会有变化，就会产生背景，背景一般默认填充为黑色，即0值。同时，原本的和新产生的像素会发生位置迁移，新的位置的像素需要进行插值进行处理，插值处理包括最近邻、线性插值和立方插值等方法（默认为二插值）。
这是旋转后的高度映射，

//h和w为原图像的高与宽，CV_PI/180等于弧度制中角度1度对应的值
int bound_w = (h * fabs(sin(angle * CV_PI / 180)) + w * fabs(cos(angle * CV_PI / 180))) ;
int bound_h = (h * fabs(cos(angle * CV_PI / 180)) + w * fabs(sin(angle * CV_PI / 180)));

这是简写的旋转矩阵，2*3的矩阵：

原本图像的左上角是 原点，要实现中心旋转，旋转 矩阵需要重新计算，

其中scale是表示支持旋转与放缩，第三列就是易错点，图像旋转之后中心位置的平移量。

函数讲解

我们在opencv中找到两个函数支持旋转，其中一个是Rotate，另一个是WarpAffine。
Rotate函数原型：

//函数原型，可以看出它只支持90、180、270这样的特殊角度旋转
CV_EXPORTS_W void rotate(InputArray src, OutputArray dst, int rotateCode);
//下面为源码解释
/** @brief Fills the output array with repeated copies of the input array.

The function cv::repeat duplicates the input array one or more times along each of the two axes:
\f[\texttt{dst} _{ij}= \texttt{src} _{i\mod src.rows, \; j\mod src.cols }\f]
The second variant of the function is more convenient to use with @ref MatrixExpressions.
@param src input array to replicate.
@param ny Flag to specify how many times the `src` is repeated along the
vertical axis.
@param nx Flag to specify how many times the `src` is repeated along the
horizontal axis.
@param dst output array of the same type as `src`.
@sa cv::reduce
*/
//第三个参数可选
ROTATE_180,
ROTATE_90_CLOCKWISE，
ROTATE_90_COUNTERCLOCKWISE 

可以看出它只支持90、180、270这样的特殊角度旋转。

函数warpAffine支持任意角度的旋转，但通过定义M矩阵实现，
函数原型：

CV_EXPORTS_W void warpAffine( InputArray src, OutputArray dst,//输入与输出图像
                              InputArray M,//旋转矩阵 
                              Size dsize,//输出大小
                              int flags = INTER_LINEAR,插值方式 
                              int borderMode = BORDER_CONSTANT,背景填充默认为常量
                              const Scalar& borderValue = Scalar());//填充默认为黑色

到此我们可以看到，我们需要生成一个旋转矩阵M，opencv也提供了函数getRotationMatrix2D，
函数原型：

Mat getRotationMatrix2D(Point2f center, 
						double angle,
						 double scale)；

代码演示

演示平台win10，vs2019，opencv4.4

//对图像进行旋转，不crop的方法，对旋转矩阵的参数修改，以及输出Size大小的确认
#include"opencv.hpp"
#include<iostream>
using namespace std;
using namespace cv;
int main() {
	Mat src = imread("timg.jpg");
	Mat des,m;
	//des = src;
	//rotate(src, des, ROTATE_90_COUNTERCLOCKWISE);
	Point2f center = Point(src.cols / 2, src.rows / 2);
	double angle = 50,scale=0.5;
	int h = src.cols,w=src.rows;
	//目标图像的大小，避免crop,fabs(sin(angle * CV_PI / 180)
	int bound_w = (h * fabs(sin(angle * CV_PI / 180)) + w * fabs(cos(angle * CV_PI / 180))) * scale;
	int bound_h = (h * fabs(cos(angle * CV_PI / 180)) + w * fabs(sin(angle * CV_PI / 180))) * scale;
	m = getRotationMatrix2D(center, angle, scale);
	m.at<double>(0, 2) += (bound_w - src.cols) / 2;
	m.at<double>(1, 2) += (bound_h - src.rows) / 2;
	
	warpAffine(src,des,m,Size2i(bound_h,bound_w));
	imshow("image",des);
	waitKey();
	return 0;
}

原图
效果图

不足点

图像的四周还是有裁剪到，说明这个代码还是有bug的，但问题不大，主要就是在旋转矩阵中心点的平移上，还有就是不同类型的数值转换造成的数值偏差。暂时做一下记录，以后有空继续看看。