在Android上玩转Opencv 系列:19.基础知识透视变换和仿射变换

Android 版 OpenCV 透视变换和仿射变换详解

在 Android 版本的 OpenCV 中，透视变换（Perspective Transformation） 和 仿射变换（Affine Transformation） 是两种常见的几何变换，用于图像校正、变形、对齐等任务。本文将详细介绍它们的原理、实现方法及应用场景。

1. 透视变换（Perspective Transformation）

1.1 透视变换概述

透视变换用于将图像从一种视角转换到另一种视角。例如，将倾斜的文本矫正为正视角，或者将拍摄的名片校正成标准矩形。

• 输入： 四个原始点（图像中的四个角）

• 输出： 变换后的四个点（目标位置的四个角）

• 公式：

透视变换使用 3×3 矩阵，计算方式如下：

其中：

• 是原始坐标

• 是变换后的坐标

• 是缩放因子

• 是透视变换矩阵的参数

1.2 透视变换实现

步骤

选取原始图像中的 四个顶点。
设定变换后的 四个目标点（通常是矩形）。
计算透视变换矩阵 getPerspectiveTransform()
进行透视变换 warpPerspective()

示例代码

scss 复制代码

import org.opencv.android.Utils;
import org.opencv.core.*;
import org.opencv.imgproc.Imgproc;
import android.graphics.Bitmap;

public class PerspectiveTransform {

    public static Bitmap applyPerspectiveTransform(Bitmap inputBitmap) {
        // 将 Bitmap 转换为 Mat
        Mat srcMat = new Mat();
        Utils.bitmapToMat(inputBitmap, srcMat);

        // 定义源点（选取原图中的四个角点）
        Point srcPoints[] = {
            new Point(50, 50),   // 左上角
            new Point(450, 50),  // 右上角
            new Point(50, 400),  // 左下角
            new Point(450, 400)  // 右下角
        };
        MatOfPoint2f srcMatOfPoint = new MatOfPoint2f(srcPoints);

        // 定义目标点（变换后的矩形区域）
        Point dstPoints[] = {
            new Point(0, 0),
            new Point(500, 0),
            new Point(0, 500),
            new Point(500, 500)
        };
        MatOfPoint2f dstMatOfPoint = new MatOfPoint2f(dstPoints);

        // 计算透视变换矩阵
        Mat perspectiveMatrix = Imgproc.getPerspectiveTransform(srcMatOfPoint, dstMatOfPoint);

        // 进行透视变换
        Mat outputMat = new Mat();
        Imgproc.warpPerspective(srcMat, outputMat, perspectiveMatrix, new Size(500, 500));

        // 转换回 Bitmap
        Bitmap outputBitmap = Bitmap.createBitmap(outputMat.cols(), outputMat.rows(), Bitmap.Config.ARGB_8888);
        Utils.matToBitmap(outputMat, outputBitmap);

        return outputBitmap;
    }
}

应用场景

• 文档扫描矫正（拍摄歪斜的文档，并修正为正面视角）

• 车牌识别（校正角度，提取车牌）

• 图像投影校正（如投影仪的画面修正）

2. 仿射变换（Affine Transformation）

2.1 仿射变换概述

仿射变换用于对图像进行 缩放、旋转、平移、剪切 ，但不会改变图像的平行性。其特点是：

• 直线仍然是直线

• 平行线仍然平行

• 输入： 三个原始点

• 输出： 变换后的三个点

• 公式：

仿射变换使用 2×3 矩阵，计算方式如下：

2.2 仿射变换实现

步骤

选择原始图像中的 三个点。
设定变换后的 目标点。
计算仿射变换矩阵 getAffineTransform()
进行仿射变换 warpAffine()

示例代码

scss 复制代码

import org.opencv.android.Utils;
import org.opencv.core.*;
import org.opencv.imgproc.Imgproc;
import android.graphics.Bitmap;

public class AffineTransform {

    public static Bitmap applyAffineTransform(Bitmap inputBitmap) {
        // 转换 Bitmap 为 Mat
        Mat srcMat = new Mat();
        Utils.bitmapToMat(inputBitmap, srcMat);

        // 选择三个原始点
        Point srcPoints[] = {
            new Point(50, 50),
            new Point(200, 50),
            new Point(50, 200)
        };
        MatOfPoint2f srcMatOfPoint = new MatOfPoint2f(srcPoints);

        // 目标点（变换后的新位置）
        Point dstPoints[] = {
            new Point(10, 100),
            new Point(200, 50),
            new Point(100, 250)
        };
        MatOfPoint2f dstMatOfPoint = new MatOfPoint2f(dstPoints);

        // 计算仿射变换矩阵
        Mat affineMatrix = Imgproc.getAffineTransform(srcMatOfPoint, dstMatOfPoint);

        // 进行仿射变换
        Mat outputMat = new Mat();
        Imgproc.warpAffine(srcMat, outputMat, affineMatrix, srcMat.size());

        // 转换回 Bitmap
        Bitmap outputBitmap = Bitmap.createBitmap(outputMat.cols(), outputMat.rows(), Bitmap.Config.ARGB_8888);
        Utils.matToBitmap(outputMat, outputBitmap);

        return outputBitmap;
    }
}

应用场景

• 旋转图像（如倾斜文本校正）

• 面部对齐（将不同角度的人脸归一化）

• 图像增强（调整物体位置）

3. 透视变换 vs 仿射变换

变换类型	需要点数	适用场景	是否保持平行性	是否允许透视扭曲
透视变换	4	视角矫正、车牌校正	否	是
仿射变换	3	旋转、缩放、平移	是	否

总结

• 透视变换 适用于 角度矫正，如文档扫描、车牌识别。

• 仿射变换 适用于 缩放、旋转、平移，如图像对齐、人脸对齐。

• 在 Android 版 OpenCV 中，可以使用 Imgproc.getPerspectiveTransform() 和 Imgproc.getAffineTransform() 计算变换矩阵，并用 warpPerspective() 或 warpAffine() 进行变换。

在Android上玩转Opencv 系列:19.基础知识 透视变换和仿射变换

在Android上玩转Opencv 系列:19.基础知识透视变换和仿射变换