이 글의 원문은 https://opencv-python-tutroals.readthedocs.io/en/latest/py_tutorials/py_imgproc/py_geometric_transformations/py_geometric_transformations.html#geometric-transformations 입니다.
OpenCV는 cv2.wrapAffine, cv2.warpPerspective라는 2개의 변환 함수를 제공하는데 각각 2×3 행렬과 3×3 행렬을 인자로 받습니다. 이 함수를 통해 이미지에 대한 크기 변환, 이동, 회전, Affine 변환, Perspective 변환을 수행할 수 있습니다.
먼저 이미지 크기 변환인데, 이 경우 위의 함수를 통한 변환도 가능하지만 OpenCV에서는 cv2.resize 함수를 이용해 크기 변환을 자주 수행하며 예제는 아래와 같습니다.
import cv2
import numpy as np
img = cv2.imread('./data/Penguins.jpg', 0)
res1 = cv2.resize(img,None,fx=2, fy=2, interpolation = cv2.INTER_CUBIC)
height, width = img.shape[:2]
res2 = cv2.resize(img,(2*width, 2*height), interpolation = cv2.INTER_CUBIC)
cv2.imshow('res1', res1)
cv2.imshow('res2', res2)
cv2.waitKey()
cv2.destroyAllWindows()
6번과 9번 코드 모두 이미지를 2배 확대하는데, 9번 코드의 경우 이미지의 픽셀 크기로 확대정도를 지정하므로 소수점으로 확대, 축소는 할 수 없습니다.
다음은 이미지를 이동하는 변환입니다. 이동 변환을 위한 행렬은 다음과 같습니다.
위의 행렬을 적용하는 코드는 다음과 같은데, 이미지를 x축으로 100만큼, y축으로 50만큼 이동합니다. 이동되고 남은 공간은 0값으로 채워지므로 검정색으로 표시됩니다.
import cv2
import numpy as np
img = cv2.imread('./data/Penguins.jpg', 0)
M = np.float32(
[
[1, 0,100],
[0, 1, 50]
]
)
rows,cols = img.shape
dst = cv2.warpAffine(img, M, (cols,rows))
cv2.imshow('img',dst)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
다음은 회전입니다. 2차원에 대한 일반적인 회전 행렬은 다음과 같습니다.
이를 2×3인 행렬로 표현해야 Affine 변환이 가능한데, 이를 위해 OpenCV는 cv2.getRotationMatrix2D 라는 함수를 통해 회전 행렬을 얻을 수 있습니다. 이 함수는 장점은 회전값의 지정뿐만 아니라 크기 변환과 회전중심점도 지정할 수 있습니다. 이 함수를 통해 얻을 수 있는 행렬은 다음과 같습니다.
위의 기호에 대해서
예제는 다음과 같습니다.
import cv2
import numpy as np
img = cv2.imread('./data/Penguins.jpg', 0)
rows,cols = img.shape
M = cv2.getRotationMatrix2D((cols/2,rows/2), 45, 0.6)
print(M)
dst = cv2.warpAffine(img,M,(cols,rows))
cv2.imshow('img',dst)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()
8번 코드를 보면 회전 중심을 이미지의 중심 좌표로 했고, 회전각도는 45도, 크기변환 비율은 0.6으로 지정하여 원래 크기의 60%로 변환됩니다. 결과는 다음과 같습니다.
Affine 변환에 대해 살펴보겠습니다. Affine 변환은 크기변환, 이동변환, 회전변환이 발생해도 원래 평행했던 특성이 그대로 유지됩니다. 이러한 특성을 갖는 Affine 변환에 대한 행렬은 cv2.getAffineTransform을 통해 얻을 수 있으며 그 결과는 2×3 행렬입니다. 아래는 예제입니다.
import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
img = cv2.imread('./data/chessboard2.jpg')
rows,cols,ch = img.shape
pts1 = np.float32([[50,50],[200,50],[50,200]])
pts2 = np.float32([[10,100],[200,50],[100,250]])
M = cv2.getAffineTransform(pts1,pts2)
dst = cv2.warpAffine(img,M,(cols,rows))
plt.subplot(121),plt.imshow(img),plt.title('Input')
plt.subplot(122),plt.imshow(dst),plt.title('Output')
plt.show()
결과는 다음과 같은데..
위 코드에서 8번의 3개의 좌표가 9번의 3개의 각각의 좌표로 변환됨에 있어서 평행을 유지하도록 하는 행렬을 얻는다는 것입니다.
다음은 Perspective 변환, 즉 투영변환입니다. 이 변환은 지금까지의 2×3 행렬이 아닌 3×3 행렬입니다. 변환 후에 평행성은 더 이상 유효하지 않습니다. 예제는 다음과 같습니다.
import cv2
import numpy as np
from matplotlib import pyplot as plt
img = cv2.imread('./data/chessboard2.jpg')
rows,cols,ch = img.shape
pts1 = np.float32([[0,0],[368,52],[28,387],[389,390]])
pts2 = np.float32([[32,32],[300,0],[0,300],[300,300]])
M = cv2.getPerspectiveTransform(pts1,pts2)
dst = cv2.warpPerspective(img,M,(cols,rows))
plt.subplot(121),plt.imshow(img),plt.title('Input')
plt.subplot(122),plt.imshow(dst),plt.title('Output')
plt.show()
결과는 다음과 같습니다.
9번에서 지정한 4개의 좌표가 10번에서 지정한 4개의 좌표로, 각각 매칭되어 변환이 이루어지는 행렬을 얻는 것이고 이렇게 얻은 행렬은 14번 코드의 cv2.warpPerspective 함수에 의해 변환이 수행됩니다.