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神奇的透视变换

2024-09-01 05:32:27   219人阅读

1. 理论公式

透视变换（Pespective Transform）是将一个视平面上的物体转换到一个新的视平面。变换公式如下：

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其中等式右边的u,v是源图片的坐标，在变换后图像中的对应坐标x, y，可以用下式计算得到：

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据此，原图像和透视变换后的目标图像中的点，对应转换关系如下：

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 变换矩阵的子矩阵技术分享表示线性变换，比如scaling（缩放），shearing和rotation（旋转）。技术分享表示平移。技术分享产生透视变换。所以可以认为仿射变换是透视变换的特殊形式。到此，我们解释了透视变换的理论公式，那透视变换矩阵中的9个参数该如何求解呢？强大的OpenCV库粉墨登场。

 

2. OpenCV的getPerspectiveTransform函数和warpPerspective函数

在第一部分介绍的透视变换矩阵可以使用OpenCV库的getPerspectiveTransform函数求解，它在OpenCV 2.4.13中的函数原型如下：

Mat getPerspectiveTransform(InputArray src, InputArray dst)

参数： src为原图像四边形定点的坐标集合。dst为目标图像对应四边形定点的坐标集合。在这里建议使用std::vector<point2f> 数据结构存储四个点的坐标。Note: 坐标值必须是32f,也就是float类型，使用std::vector<point>是不行的。

warPerspective函数是对一个图像做透视变换，它的C++格式的函数原型声明如下：

void warpPerspective(InputArray src, OutputArray dst, InputArray M, Size dsize, int flags=INTER_LINEAR, int borderMode=BORDER_CONSTANT, const Scalar& borderValue=http://www.mamicode.com/Scalar())

参数： src是源图像，也就是我们想操作的图像，dst是变换后的目标图像，M就是我们之前得到的透视变换矩阵。dsize是得到的目标图像的尺寸，这是个很有意思的参数，我一般是设为，之前计算透视矩阵时，选取的目标四边形的大小。如若不然，会得到很丑的黑色填充区域。至于剩下的参数，他们都有缺省值，一般用不到，读者如果感兴趣，可以翻阅一下reference manual，目前最新版本是2.4.13.

 

3. 撸代码

来来来，代码撸起来！！！程序思路如下：使用OpenCV的鼠标点击响应函数，手动选取出四边形四个点坐标（坐标点自动识别比较难，对于一些特殊的图形，可以试试直线霍夫变换，角点检测实现自动识别）。然后设定目标图像的尺寸，计算透视转换矩阵，完成透视转换。最后，我希望我在原图像里点击一个位置，转换后图像的对应位置，也能有一致的响应。

#include <opencv2/core/core.hpp>
#include <opencv2/calib3d/calib3d.hpp>
#include <opencv2/imgproc/imgproc.hpp>
#include <opencv2/highgui/highgui.hpp>
#include <iostream>

using namespace cv;
using namespace std;
void mouse(int event, int x, int y, int flags, void*);
Mat src, gray, dst_img, h;
vector<Point2f> selected;
vector<Point2f> dst;
int width =500;
int height =400;

int flag=0;
int main()
{
    src = imread("book.jpg", 1);
    imshow("book", src);
    setMouseCallback("book", mouse, 0); //void setMouseCallback(const string& winname, MouseCallback onm ouse, void* userdata=http://www.mamicode.com/0)
    dst.push_back(Point2f(0, 0));
    dst.push_back(Point2f(width-1, 0));
    dst.push_back(Point2f(width-1, height-1));
    dst.push_back(Point2f(0, height-1));
    waitKey();
}

void mouse(int event, int x, int y, int flags, void*)
{

    if(event == EVENT_LBUTTONDOWN)  //如果鼠标按下了。
    {
        circle(src, Point(x,y), 3, Scalar(0,0,255), -1);
        imshow("book", src);
        selected.push_back(Point2f(x,y));
        ++flag;
        if(flag==4)
        {
            h= getPerspectiveTransform(selected, dst);
            warpPerspective(src, dst_img, h, Size(width, height));
            imshow("dst", dst_img);
            waitKey(1);
        }

        if(flag>4) //我在透视转换前的图像里点击一个位置，我们希望在透视转换后的图像里，也可以有相应的响应.
        {
            
            double h11=h.at<double>(0, 0);
            double h12=h.at<double>(0, 1);
            double h13=h.at<double>(0, 2);
            double h21=h.at<double>(1, 0);
            double h22=h.at<double>(1, 1);
            double h23=h.at<double>(1, 2);
            double h31=h.at<double>(2, 0);
            double h32=h.at<double>(2, 1);
            double h33=h.at<double>(2, 2);

            int tr_x=(int)(h11*x+h12*y+h13)/(h31*x+h32*y+h33);
            int tr_y=(int)(h21*x+h22*y+h23)/(h31*x+h32*y+h33);
            circle(dst_img, Point(tr_x,tr_y), 3, Scalar(0,0,255), -1);
            imshow("dst", dst_img);
            waitKey();
            
        }
    }
}

4. 成果展示

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左图是源图像，我选取了它的四个角，进行透视变换，得到了右边方方正正的书！至于点击响应，羽毛的中间部分已经被我点满啦！

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