在 python 中为 warpAffine 手动编写代码

Question

我想不使用库函数实现仿射变换。我有一个名为 "transformed" 的图像，我想应用逆变换来获得 "img_org" 图像。现在，我正在使用我自己的基本 GetBilinearPixel 函数来设置强度值。但是，图像没有改变 properly.This 是我想出的。 :

这是图片("transformed.png"):

这是图片("img_org.png"):

但我的目标是制作这张图片：

你可以在这里看到转换矩阵：

pts1 = np.float32( [[693,349] , [605,331] , [445,59]] )
pts2 = np.float32 ( [[1379,895] , [1213,970] ,[684,428]] )
Mat = cv2.getAffineTransform(pts2,pts1)
B=Mat

代码：

img_org=np.zeros(shape=(780,1050))
img_size=np.zeros(shape=(780,1050))

def GetBilinearPixel(imArr, posX, posY):
return imArr[posX][posY]

for i in range(1,img.shape[0]-1):
    for j in range(1,img.shape[1]-1):
        pos=np.array([[i],[j],[1]],np.float32)
        #print pos
        pos=np.matmul(B,pos)
        r=int(pos[0][0])
        c=int(pos[1][0])
        #print r,c
        if(c<=1024 and r<=768 and c>=0 and r>=0):
            img_size[r][c]=img_size[r][c]+1
            img_org[r][c] += GetBilinearPixel(img, i, j)

for i in range(0,img_org.shape[0]):
    for j in range(0,img_org.shape[1]):
        if(img_size[i][j]>0):
            img_org[i][j] = img_org[i][j]/img_size[i][j]

我的逻辑错了吗？我知道我应用了非常低效的算法。我缺少任何见解吗？或者你能给我任何其他可以正常工作的算法吗？

（请求）。我不想使用 warpAffine 函数。

Answer 1

所以我对代码进行了向量化处理，这个方法起作用了——我找不到你的实现的确切问题，但也许这会揭示一些问题（而且速度更快）。

矢量化的设置是创建一个包含图像中每个点的线性（均匀）阵列。我们想要一个看起来像

的数组

x0 x1 ... xN   x0 x1 ... xN   .....   x0 x1 ... xN
y0 y0 ... y0   y1 y1 ... y1   .....   yM yM ... yM
 1  1 ...  1    1  1 ...  1   .....    1  1 ...  1

这样每个点 (xi, yi, 1) 都包含在内。然后转换只是与你的转换矩阵和这个数组的单个矩阵乘法。

为了简化问题（部分原因是你的图像命名约定让我感到困惑），我会说原始起始图像是 "destination" 或 dst 因为我们想转换回 "source" 或 src 图片。记住这一点，创建这个线性同质数组可能看起来像这样：

dst = cv2.imread('img.jpg', 0)
h, w = dst.shape[:2]
dst_y, dst_x = np.indices((h, w))  # similar to meshgrid/mgrid
dst_lin_homg_pts = np.stack((dst_x.ravel(), dst_y.ravel(), np.ones(dst_y.size)))

然后，要转换点，只需创建转换矩阵并相乘即可。我将四舍五入转换后的像素位置，因为我将它们用作索引而不用插值：

src_pts = np.float32([[693, 349], [605, 331], [445, 59]])
dst_pts = np.float32([[1379, 895], [1213, 970], [684, 428]])
transf = cv2.getAffineTransform(dst_pts, src_pts)
src_lin_pts = np.round(transf.dot(dst_lin_homg_pts)).astype(int)

现在这个转换会将一些像素发送到负索引，如果我们用这些索引，它会环绕图像——可能不是我们想要做的。当然，在 OpenCV 实现中，它只是完全切断了这些像素。但是我们可以只移动所有转换后的像素，这样所有的位置都是正的，我们不会切断任何一个（当然你可以在这方面做任何你想做的事）：

min_x, min_y = np.amin(src_lin_pts, axis=1)
src_lin_pts -= np.array([[min_x], [min_y]])

然后我们需要创建转换映射到的源图像 src。我将使用灰色背景创建它，以便我们可以从 dst 图像中看到黑色的程度。

trans_max_x, trans_max_y = np.amax(src_lin_pts, axis=1)
src = np.ones((trans_max_y+1, trans_max_x+1), dtype=np.uint8)*127

现在我们所要做的就是将目标图像中的一些相应像素放入源图像中。由于我没有切断任何像素，并且两个线性点阵列中的像素数量相同，所以我可以将转换后的像素分配给它们在原始图像中的颜色。

src[src_lin_pts[1], src_lin_pts[0]] = dst.ravel()

现在，当然，这不是在图像上插值。但是 OpenCV 中没有用于插值的内置函数（有供其他方法使用的后端 C 函数，但您不能在 Python AFAIK 中访问）。但是，您拥有重要的部分——目标图像映射到的位置，以及原始图像，因此您可以使用任意数量的库在该网格上进行插值。或者自己实现一个线性插值，因为它不太困难。在此之前，您当然可能希望取消扭曲像素位置的舍入。

cv2.imshow('src', src)
cv2.waitKey()

编辑：同样的方法也适用于 warpPerspective，尽管您得到的矩阵乘法将给出一个三行（齐次）向量，并且您需要将前两行除以第三行让他们回到笛卡尔世界。除此之外，其他一切都保持不变。

在 python 中为 warpAffine 手动编写代码

Manually wirting code for warpAffine in python

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