利用C++ OpenCV 实现从投影图像恢复仿射特性

 更新时间:2021年11月29日 11:23:55   作者:tan_tao375  
我们通过相机拍摄的图片存在各种畸变,其中投影畸变使得原本平行的直线不再平行,就会产生照片中近大远小的效果。本文将具体介绍如何利用OPenCV实现从投影图像恢复仿射特性,接下来跟着小编一起学习吧

原理

我们通过相机拍摄的图片存在各种畸变,其中投影畸变使得原本平行的直线不再平行,就会产生照片中近大远小的效果,要校正这一畸变,书中给了很多方法,这里是其中的一种。

我们可以将投影变换拆分成相似变换、仿射变换和投影变换三部分, 如下图,

其中相似变换和仿射变换不会改变infinite line,只有投影变换会改变。因此只要找到畸变图像中的这条线,就能够恢复图像的仿射特性(相当于逆转投影变换)。而要确定这条线的位置,就得至少知道线上的两个点。我们知道,所有平行线的交点都在infinite line上面,因此,我们只需要找到图像上的两对平行线(原本是平行,图像上不再平行),求出对应的两个交点,就能找到infinite line了,如下图

进而可以图像的恢复仿射特性。

实现思路

首先我们的畸变图像如下图,

利用公式:

l = x1 × x2

可以通过x1、x2的齐次坐标求出两点连线l的齐次坐标。在图中我们找到两对平行线l1、l2和l3、l4,如下图

利用公式:

x = l1 × l2

可以通过l1、l2以及l3、l4的齐次坐标分别求出两对平行线的交点A12、A34,直线A12A34就是我们要找的infinite line。假设该直线的齐次坐标为(l1,l2,l3),那么通过矩阵:

H = ((1,0,0),(0,1,0),(l1,l2,l3))

就能够将直线(l1,l2,l3)变换成(0,0,1),即将该直线还原成为infinite line。同理我们也可以利用H矩阵,通过公式:

x = Hx'

还原投影畸变。

主要代码

代码一共需要运行两次

第一次运行的主函数:

int main()
{
	Mat src = imread("distortion.jpg", IMREAD_GRAYSCALE);
	IplImage *src1 = cvLoadImage("distortion.jpg");
	//第一步,通过鼠标获取图片中某个点的坐标,运行第一步时注释掉Rectify(points_3d, src, src1);,将获取到的八个点写入
	//points_3d[8]坐标数组中,因为是齐次坐标,x3 = 1
	GetMouse(src1);
	//输入畸变图上的8个关键点
	Point3d points_3d[8] = { Point3d(99, 147, 1), Point3d(210, 93, 1), Point3d(144, 184, 1), Point3d(261, 122, 1),
						Point3d(144, 184, 1), Point3d(99, 147, 1), Point3d(261, 122, 1), Point3d(210, 93, 1) };
	//第二步,校正图像,运行此步骤时注释掉GetMouse(src1);,解除注释Rectify(points_3d, src, src1);
	//Rectify(points_3d, src, src1);
	imshow("yuantu", src);
	waitKey(0);	
}

其他函数:

void on_mouse(int event, int x, int y, int flags, void* ustc)
{
    CvFont font;
    cvInitFont(&font, CV_FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, 0.5, 0, 1, CV_AA);

    if (event == CV_EVENT_LBUTTONDOWN)
    {
        CvPoint pt = cvPoint(x, y);
        char temp[16];
        sprintf(temp, "(%d,%d)", pt.x, pt.y);
        cvPutText(src, temp, pt, &font, cvScalar(255, 255, 255, 0));
        cvCircle(src, pt, 2, cvScalar(255, 0, 0, 0), CV_FILLED, CV_AA, 0);
        cvShowImage("src", src);
    }
}

void GetMouse(IplImage *img)
{
    src = img;
    cvNamedWindow("src", 1);
    cvSetMouseCallback("src", on_mouse, 0);

    cvShowImage("src", src);
    waitKey(0);
}

在弹出来的图片中点击任意地方可获得改点的图像坐标(x1,x2),如下图:

我选取了a、b、c、d四个点,其中:

ab // cd		  ac // bd

将这四个点的坐标按照a、b、c、d、c、a、d、b的顺序填入points_3d[8]坐标数组中,第一次运行结束。

第二次运行的主函数:

int main()
{
	Mat src = imread("distortion.jpg", IMREAD_GRAYSCALE);
	IplImage *src1 = cvLoadImage("distortion.jpg");
	//第一步,通过鼠标获取图片中某个点的坐标,运行第一步时注释掉Rectify(points_3d, src, src1);,将获取到的八个点写入
	//points_3d[8]矩阵中,因为是齐次坐标,x3 = 1
	//GetMouse(src1);
	//输入畸变图上的8个关键点
	Point3d points_3d[8] = { Point3d(99, 147, 1), Point3d(210, 93, 1), Point3d(144, 184, 1), Point3d(261, 122, 1),
						Point3d(144, 184, 1), Point3d(99, 147, 1), Point3d(261, 122, 1), Point3d(210, 93, 1) };
	//第二步,校正图像,运行此步骤时注释掉GetMouse(src1);,解除注释Rectify(points_3d, src, src1);
	Rectify(points_3d, src, src1);
	imshow("yuantu", src);
	waitKey(0);	
}

校正函数:

void Rectify(Point3d* points, Mat src, IplImage* img)
{
    //通过输入的8个点得到4条连线
    vector<vector<float>> lines;
    int num_lines = 4;
    for(int i = 0; i < num_lines; i++)
    {
        //获取两点连线
        GetLineFromPoints(points[2 * i], points[2 * i + 1], lines);
    }
    //分别求取两个交点
    vector<Point3f> intersect_points;
    int num_intersect_points = 2;
    for (int i = 0; i < num_intersect_points; i++)
    {
        //计算交点
        GetIntersectPoint(lines[2 * i], lines[2 * i + 1], intersect_points);
    }
    //通过两个交点连线求消失线
    vector<vector<float>> vanishing_line;
    GetLineFromPoints(intersect_points[0], intersect_points[1], vanishing_line);
    //恢复矩阵
    float H[3][3] = {{1, 0, 0},
                     {0, 1, 0},
                     {vanishing_line[0][0], vanishing_line[0][1], vanishing_line[0][2]}};
    Mat image = Mat::zeros(src.rows, src.cols, CV_8UC1);
    GetRectifingImage(vanishing_line[0], src, image);
    int i = 0;
}

void GetLineFromPoints(Point3d point1, Point3d point2, vector<vector<float>> &lines)
{
    vector<float> line;
    //定义直线的三个齐次坐标
    float l1 = 0;
    float l2 = 0;
    float l3 = 0;
    l1 = (point1.y * point2.z - point1.z * point2.y);
    l2 = (point1.z * point2.x - point1.x * point2.z);
    l3 = (point1.x * point2.y - point1.y * point2.x);
    //归一化
    l1 = l1 / l3;
    l2 = l2 / l3;
    l3 = 1;
    line.push_back(l1);
    line.push_back(l2);
    line.push_back(l3); 
    lines.push_back(line);
}

void GetIntersectPoint(vector<float> line1, vector<float> line2, vector<Point3f> &intersect_points)
{
    Point3f intersect_point;
    //定义交点的三个齐次坐标
    float x1 = 0;
    float x2 = 0;
    float x3 = 0;
    x1 = (line1[1] * line2[2] - line1[2] * line2[1]);
    x2 = (line1[2] * line2[0] - line1[0] * line2[2]);
    x3 = (line1[0] * line2[1] - line1[1] * line2[0]);
    //归一化
    x1 = x1 / x3;
    x2 = x2 / x3;
    x3 = 1;
    intersect_point.x = x1;
    intersect_point.y = x2;
    intersect_point.z = x3;
    intersect_points.push_back(intersect_point);
}

int Round(float x)
{
    return (x > 0.0) ? floor(x + 0.5) : ceil(x - 0.5);
}

void GetRectifingImage(vector<float> line, Mat src, Mat dst)
{
    Size size_src = src.size();
    for (int i = 0; i < size_src.height; i++)
    {
        for (int j = 0; j < size_src.width; j++)
        {
            float x3 = line[0] * j + line[1] * i + line[2] * 1;
            int x1 = Round(j / x3);
            int x2 = Round(i / x3);
            if (x1 < size_src.width && x1 >= 0 && x2 < size_src.height && x2 >= 0)
            {
                dst.at<uint8_t>(x2, x1) = src.at<uint8_t>(i, j);
            }
        }
    }
    imshow("src", src);
    imshow("dst", dst);
    waitKey(0);
}

运行结果如下图:

校正效果和点的选取有关,因为鼠标点击的那个点不一定是我们真正想要的点,建议一条直线的的两个点间距尽量大一些。

完整代码链接  提取码:qltt 

到此这篇关于利用C++ OpenCV 实现从投影图像恢复仿射特性的文章就介绍到这了,更多相关C++ OpenCV 投影图像恢复仿射特性内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家!

相关文章

  • VC++6.0实现直线扫描转换的图文教程

    VC++6.0实现直线扫描转换的图文教程

    这篇文章主要给大家介绍了关于VC++6.0实现直线扫描转换的相关资料,文中通过图文将实现的步骤一步步介绍的非常详细,对大家学习或者使用VC++6.0具有一定的参考学习价值,需要的朋友可以参考下
    2023-01-01
  • C++适用入门同学的模板讲解

    C++适用入门同学的模板讲解

    人们需要编写多个形式和功能都相似的函数,因此有了函数模板来减少重复劳动;人们也需要编写多个形式和功能都相似的类,于是 C++ 引人了类模板的概念,编译器从类模板可以自动生成多个类,避免了程序员的重复劳动
    2022-07-07
  • C++使用jsoncpp库解析Json

    C++使用jsoncpp库解析Json

    对json的解析操作是我们日常开发中经常会遇到的一个需求,下面这篇文章主要给大家介绍了关于C++使用jsoncpp库解析Json的相关资料,需要的朋友可以参考下
    2021-06-06
  • C++中memcpy和memmove的区别总结

    C++中memcpy和memmove的区别总结

    这篇文章主要介绍了C++中memcpy和memmove的区别总结,这个问题经常出现在C++的面试题目中,需要的朋友可以参考下
    2014-10-10
  • C++中的struct和class的区别详解

    C++中的struct和class的区别详解

    这篇文章主要介绍了C++中的struct和class的区别详解,文章围绕主题展开详细的内容介绍,具有一定的参考价值,需要的朋友可以参考一下
    2022-08-08
  • C++制作俄罗斯方块

    C++制作俄罗斯方块

    俄罗斯方块写过好几次了,每次的感觉都不一样,都有新的收获。就像达芬奇画鸡蛋一样,虽然都是画同样的鸡蛋,但是每次都有不同的收获。&nbsp;
    2016-05-05
  • C++中输出十六进制形式的字符串

    C++中输出十六进制形式的字符串

    这篇文章主要给大家介绍了C++中输出十六进制形式的字符串,文中给出了详细的介绍,有需要的朋友可以参考借鉴,下面来一起看看吧。
    2016-12-12
  • C语言return, exit, abort的区别

    C语言return, exit, abort的区别

    这篇文章主要介绍了C语言return, exit, abort的区别,一般情况下,在C语言中退出一个程序用return,如果在main函数中,return在清理局部对象之后,会调用exit函数,和return相比,exit并不会销毁局部对象,下面一起进入文章了解更详细内容吧,需要的朋友也可以参考一下
    2022-01-01
  • C++实现LeetCode(167.两数之和之二 - 输入数组有序)

    C++实现LeetCode(167.两数之和之二 - 输入数组有序)

    这篇文章主要介绍了C++实现LeetCode(167.两数之和之二 - 输入数组有序),本篇文章通过简要的案例,讲解了该项技术的了解与使用,以下就是详细内容,需要的朋友可以参考下
    2021-08-08
  • C语言用函数实现电话簿管理系统

    C语言用函数实现电话簿管理系统

    这篇文章主要为大家详细介绍了C语言用函数实现电话簿管理系统,文中示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下
    2019-12-12

最新评论