Android OpenCV（十一）：图像仿射变换

仿射变换

仿射变换，又称仿射映射，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。仿射变换能够保持图像的“平直性”，包括旋转，缩放，平移，错切操作。一般而言，仿射变换矩阵为23的矩阵，第三列的元素起着平移的作用，前面两列的数字对角线上是缩放,其余为旋转或者错切的作用。
仿射变换是一种二维坐标（x, y）到二维坐标（u, v）的线性变换。数学表达式如下：

对应的齐次坐标系如下

仿射变换保持了二维图形的“平直性”（直线经仿射变换后依然为直线）和“平行性”（直线之间的相对位置关系保持不变，平行线经仿射变换后依然为平行线，且直线上点的位置顺序不会发生变化）。非共线的三对对应点确定一个唯一的仿射变换。

API

计算旋转矩阵

public static Mat getRotationMatrix2D(Point center, double angle, double scale)

参数一：center，图像旋转的中心位置
参数二：angle，图像旋转的角度，单位为度，正值为逆时针旋转
参数三：scale，两个轴的比例因子，可以实现旋转过程中的图像缩放，不缩放输入1

生成的旋转矩阵与旋转角度和旋转中心的关系。

举例说明，若scale为2，angle为90度，则m1为旋转矩阵

计算仿射矩阵(三点)

public static Mat getAffineTransform(MatOfPoint2f src, MatOfPoint2f dst)

参数一：src，原图像中的三个像素坐标
参数二：dst，目标图像中的三个像素坐标
返回值：2*3 的变换矩阵。透视变换是3*3的矩阵，仿射则是2*3的矩阵

仿射变换

public static void warpAffine(Mat src, Mat dst, Mat M, Size dsize, int flags, int borderMode, Scalar borderValue)

参数一：src，原图
参数二：dst，透视变换后输出图像，与src数据类型相同，但是尺寸与dsize相同
参数三：M，2*3变换矩阵
参数四：dsize，输出图像的尺寸

参数五：flags，插值方法标志

// C++: enum InterpolationFlags
public static final int
        INTER_NEAREST = 0,
        INTER_LINEAR = 1,
        INTER_CUBIC = 2,
        INTER_AREA = 3,
        INTER_LANCZOS4 = 4,
        INTER_LINEAR_EXACT = 5,
        INTER_MAX = 7,
        WARP_FILL_OUTLIERS = 8,
        WARP_INVERSE_MAP = 16;

参数六：borderMode，像素边界外推方法的标志。BORDER_CONSTANT 或者BORDER_REPLICATE

边界填充	值	作用
BORDER_CONSTANT	0	用特定值填充，如iiiiii\|abcdefgh\|iiiiiii
BORDER_REPLICATE	1	两端复制填充，如aaaaaa\|abcdefgh\|hhhhhhh
BORDER_REFLECT	2	倒叙填充，如fedcba\|abcdefgh\|hgfedcb
BORDER_WRAP	3	正序填充，如cdefgh\|abcdefgh\|abcdefg
BORDER_REFLECT_101	4	不包含边界值倒叙填充，gfedcb\|abcdefgh\|gfedcba
BORDER_TRANSPARENT	5	随机填充，uvwxyz\|abcdefgh\|ijklmno
BORDER_REFLECT101	4	与BORDER_REFLECT_101相同
BORDER_DEFAULT	4	与BORDER_REFLECT_101相同
BORDER_ISOLATED	16	不关心感兴趣区域之外的部分

参数七：borderValue，填充边界使用的数值，默认情况下为0

操作

class AffineActivity : AppCompatActivity() {

    private lateinit var mBinding: ActivityAffineBinding
    private lateinit var mRgb: Mat

    override fun onCreate(savedInstanceState: Bundle?) {
        super.onCreate(savedInstanceState)
        mBinding = DataBindingUtil.setContentView(this, R.layout.activity_affine)
        mRgb = Mat()
        val bgr = Utils.loadResource(this, R.drawable.lena)
        Imgproc.cvtColor(bgr, mRgb, Imgproc.COLOR_BGR2RGB)
        bgr.release()
        showMat(mBinding.ivLena, mRgb)
    }


    private fun showMat(view: ImageView, source: Mat) {
        val bitmap = Bitmap.createBitmap(source.width(), source.height(), Bitmap.Config.ARGB_8888)
        Utils.matToBitmap(source, bitmap)
        view.setImageBitmap(bitmap)
    }

    private fun rotateMatrix(degree: Double, scale: Double) {
        val center = Point(mRgb.width() / 2.0, mRgb.height() / 2.0)
        val matrix = Imgproc.getRotationMatrix2D(center, degree, scale)
        val size = mRgb.size()
        val dst = Mat()
        Imgproc.warpAffine(mRgb, dst, matrix, size)
        showMat(mBinding.ivResult, dst)
        dst.release()
    }

    private fun threePointsMatrix() {
        val srcPoints = arrayOfNulls<Point>(3)
        val dstPoints = arrayOfNulls<Point>(3)

        srcPoints[0] = Point(0.0, 0.0)
        srcPoints[1] = Point(0.0, mRgb.width() - 1.0)
        srcPoints[2] = Point(mRgb.height() - 1.0, mRgb.width() - 1.0)

        dstPoints[0] = Point(mRgb.width() * 0.11, mRgb.width() * 0.2)
        dstPoints[1] = Point(mRgb.width() * 0.15, mRgb.width() * 0.7)
        dstPoints[2] = Point(mRgb.width() * 0.81, mRgb.width() * 0.85)

        val transform = Imgproc.getAffineTransform(
            MatOfPoint2f(srcPoints[0], srcPoints[1], srcPoints[2]),
            MatOfPoint2f(dstPoints[0], dstPoints[1], dstPoints[2])
        )
        val dst = Mat()
        val size = mRgb.size()
        Imgproc.warpAffine(mRgb, dst, transform, size)
        showMat(mBinding.ivResult, dst)
        dst.release()
    }


    override fun onCreateOptionsMenu(menu: Menu?): Boolean {
        menuInflater.inflate(R.menu.menu_affine, menu)
        return true
    }

    override fun onOptionsItemSelected(item: MenuItem): Boolean {
        title = item.title
        when (item.itemId) {
            R.id.affine_rotate_scale -> rotateMatrix(120.0, 1.2)
            R.id.affine_three_points -> threePointsMatrix()
        }
        return true
    }
}