背景
根据业务相机获取到的目标图像要进行处理，目标在图像中会出现角度偏移，需要先将图像旋转为正方向后做之后的操作。旋转后做后续操作的结果有点坐标数据，但是这些结果数据是在旋转后图像上，需要还原到原图中。
常规做法
OpenCV提供了仿射变换旋转函数，定义仿射矩阵，然后旋转图像。代码中旋转后显示了原图和旋转图像，从结果来看，图像是围绕中心点旋转了45度，但是并不是我们想要的。这里旋转后图像大小保持不变，转出去的部分丢掉，空白的部分填充黑色，空白部分填充黑色能接受，但是转出去的部分丢掉不是我们想要的，那我们的处理目标要是被丢掉了怎么办？所以需要对旋转的方法进行改进。
cv::Mat src = cv::imread("D:/zx.jpg");
float angle = 45;
double scale = 1.0;
cv::Point2f centerSrc(src.size().width / 2, src.size().height / 2);
//定义仿射矩阵
cv::Mat M = cv::getRotationMatrix2D(centerSrc, angle, scale);
cv::Mat rotate;
//旋转
cv::warpAffine(src, rotate, M, src.size());
cv::imshow("src", src);
cv::imshow("rotate", rotate);
2024-03-01_093500.jpg
改进做法
根据上述做法，我们需要改进旋转函数，图像旋转后要保留图像所有数据。我们预想的以下状态，旋转90度时图像整个旋转，宽高交换，旋转45度时图像转出去的部分保留，空白的部分黑色填充。
2024-03-01_093732.jpg
以下是改进后的旋转代码，这里的旋转与上述旋转的区别是旋转矩阵使用了旋转图像的最大外切矩形，也就是图像旋转其实没有变化，只是矩阵和图像大小发生变化，这个变化是为了保留图像旋转出去的部分，如果我们将这个旋转图像按照原图尺寸进行裁剪会发现与上述旋转结果是一样的，区别就是通过改变图像大小对旋转部分进行保留。
还有一个传进来的角度参数进行了取反，是因为OpenCV旋转，默认正数逆时针，负数顺时针。这本身也没什么问题，后面你按照其规则就行，但是笔者的习惯是顺时针正数，所以在这里取反，你也可以不这样操作，注意前后业务关联就行。
/**
* 图像旋转
* @brief rotate
* @param src
* @param angle
* @return
*/
static cv::Mat rotate(cv::Mat src, float angle);
cv::Mat U::rotate(cv::Mat src, float angle)
{
//旋转默认正角度是逆时针,与我的常用操作相反,所以我在这里取反,不是必要操作
angle = -angle;
double scale = 1.0;
//原图中心点
cv::Point2f center(src.size().width / 2.0f, src.size().height / 2.0f);
//定义旋转矩阵
cv::Mat rot = cv::getRotationMatrix2D(center, angle, scale);
//计算旋转后图像最大外切矩形
cv::Rect2f bbox = cv::RotatedRect(cv::Point2f(), src.size(), angle).boundingRect2f();
rot.at<double>(0, 2) += bbox.width / 2.0f - src.cols / 2.0f;
rot.at<double>(1, 2) += bbox.height / 2.0f - src.rows / 2.0f;
cv::Mat result;
//旋转出结果
cv::warpAffine(src, result, rot, bbox.size());
return result;
}
测试代码
cv::Mat src = cv::imread("D:/zx.jpg");
float angle = 45;
cv::Mat rotate = U::rotate(src, angle);
cv::Point2f centerSrc(src.size().width / 2, src.size().height / 2);
cv::Point2f centerRotate(rotate.size().width / 2, rotate.size().height / 2);
//定义旋转图像上几个测试点
cv::Point2f pa1(281, 256);
cv::Point2f pb1(309, 324);
cv::Point2f pc1(277, 407);
cv::Point2f pd1(204, 314);
//定义点绘制在旋转图上
U::drawCircle(rotate, pa1);
U::drawCircle(rotate, pb1);
U::drawCircle(rotate, pc1);
U::drawCircle(rotate, pd1);
//计算还原后的点
cv::Point2f pa2 = U::restorePoint(pa1, rotate, src, angle);
cv::Point2f pb2 = U::restorePoint(pb1, rotate, src, angle);
cv::Point2f pc2 = U::restorePoint(pc1, rotate, src, angle);
cv::Point2f pd2 = U::restorePoint(pd1, rotate, src, angle);
//还原点绘制在原图上
U::drawCircle(src, pa2);
U::drawCircle(src, pb2);
U::drawCircle(src, pc2);
U::drawCircle(src, pd2);
cv::imshow("src", src);
cv::imshow("rotate", rotate);
2024-03-01_094745.jpg
测试代码中读取一个图像，并旋转45度得到旋转图，在旋转图中定义4个点并绘制在旋转图中，计算旋转图中的点还原到原图的坐标并绘制在原图上，从结果中看出还原点计算是正确的。代码中旋转函数rotate()在上文，还有个函数restorePoint()，这个函数是计算一个点围绕另一个点旋转一定角度后的坐标。函数中拿到旋转图像和原图的中心点，计算2个图像坐标点的差值，将旋转点按照固定值差值到原图中，可能这个点在原图中是不存在的，因为旋转图可能比原图大。不存在也没关系，有这个数据就行，即使不存在也应该是在那里。然后将这个差值点做反角度旋转，就是还原的坐标。
/**
* 旋转图像中的点还原到原图坐标
* @brief restorePoint
* @param point 旋转图像的点
* @param rotate 旋转图像
* @param src 原图
* @param angle 旋转角度
* @return
*/
static cv::Point2f restorePoint(cv::Point2f point, cv::Mat rotate, cv::Mat src, float angle);
cv::Point2f U::restorePoint(cv::Point2f point, cv::Mat rotate, cv::Mat src, float angle)
{
cv::Point2f centerSrc(src.size().width / 2, src.size().height / 2);
cv::Point2f centerRotate(rotate.size().width / 2, rotate.size().height / 2);
//因为旋转图像和原图不一样大,先计算旋转点与原图的差值
cv::Point2f difference(point.x - (centerRotate.x - centerSrc.x), point.y - (centerRotate.y - centerSrc.y));
//差值点做反角度旋转
cv::Point2f result = U::rotatePoint(centerSrc, difference, -angle);
return result;
}
此函数中又用到了rotatePoint()函数，计算旋转点坐标
/**
* 一个点绕另中心点旋转一定角度后的坐标
* @brief rotatePoint
* @param center 中心点
* @param rotater 旋转点
* @param angle 角度,顺时针
* @return
*/
static cv::Point2f rotatePoint(cv::Point2f center, cv::Point2f rotater, float angle);
cv::Point2f U::rotatePoint(cv::Point2f center, cv::Point2f rotater, float angle)
{
//角度转弧度
float radian = angle * CV_PI / 180;
//三角函数计算坐标
float x = (rotater.x - center.x) * cos(radian) - (rotater.y - center.y) * sin(radian) + center.x ;
float y = (rotater.x - center.x) * sin(radian) + (rotater.y - center.y) * cos(radian) + center.y ;
return cv::Point2f(x, y);
}
还有一个drawCircle()函数，就是在图像中绘制圆（点）的函数，将圆的半径设置足够小，这里是2，画笔设置足够粗，这里是2，绘制的圆就是一个实心圆，也就等于一个点。
/**
* 绘制点
* @brief drawCircle
* @param canvas
* @param point
*/
static void drawCircle(cv::Mat canvas, cv::Point2f point);
void U::drawCircle(cv::Mat canvas, cv::Point2f point)
{
cv::circle(canvas, point, 2, cv::Vec3b(0, 255, 0), 2);
}
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