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OpenCV 中的旋转相关函数详解

OpenCV 提供了多种函数用于图像的旋转操作，主要分为 任意角度旋转 和 固定角度旋转。以下是常用函数及详细使用说明：

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一、任意角度旋转

1. cv2.getRotationMatrix2D()

生成旋转矩阵，用于定义旋转参数。
函数原型：

cv2.getRotationMatrix2D(center, angle, scale) -> M

• 参数说明：
  • center：旋转中心坐标 (x, y)，通常为图像中心 (width/2, height/2)。
  • angle：旋转角度（顺时针方向，单位为度）。
  • scale：缩放因子（1.0 表示不缩放）。
• 返回值：2x3 的仿射变换矩阵 M。

2. cv2.warpAffine()

应用旋转矩阵对图像进行仿射变换。
函数原型：

cv2.warpAffine(src, M, dsize[, dst, flags, borderMode, borderValue]) -> dst

• 关键参数：
  • M：旋转矩阵（来自 cv2.getRotationMatrix2D）。
  • dsize：输出图像尺寸 (width, height)。若未指定，默认与原图尺寸相同（可能裁剪内容）。
  • flags：插值方法（如 cv2.INTER_LINEAR）。
  • borderMode：边界填充模式（如 cv2.BORDER_CONSTANT）。
  • borderValue：填充颜色（默认为黑色）。

完整代码示例：

import cv2
import numpy as np# 读取图像
img = cv2.imread('image.jpg')
h, w = img.shape[:2]# 计算旋转中心
center = (w // 2, h // 2)# 生成旋转矩阵（顺时针旋转45度，无缩放）
M = cv2.getRotationMatrix2D(center, angle=45, scale=1.0)# 计算旋转后的图像尺寸（避免裁剪）
cos = np.abs(M[0, 0])
sin = np.abs(M[0, 1])
new_w = int((h * sin) + (w * cos))
new_h = int((h * cos) + (w * sin))
M[0, 2] += (new_w / 2) - center[0]  # 调整平移参数
M[1, 2] += (new_h / 2) - center[1]# 应用旋转
rotated = cv2.warpAffine(img, M, (new_w, new_h), flags=cv2.INTER_LINEAR, borderValue=(255, 255, 255))cv2.imshow('Rotated Image', rotated)
cv2.waitKey(0)

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二、固定角度旋转

cv2.rotate()

快速实现 90°、180°、270° 的旋转（无需手动计算矩阵）。
函数原型：

cv2.rotate(src, rotateCode[, dst]) -> dst

• 参数说明：
  • rotateCode：旋转模式：
    • cv2.ROTATE_90_CLOCKWISE：顺时针旋转90度。
    • cv2.ROTATE_180：旋转180度。
    • cv2.ROTATE_90_COUNTERCLOCKWISE：逆时针旋转90度（等效于顺时针270度）。

代码示例：

# 顺时针旋转90度
rotated_90 = cv2.rotate(img, cv2.ROTATE_90_CLOCKWISE)

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三、关键问题与优化

1. 旋转后的黑边处理

旋转可能导致图像边缘出现黑色填充。可通过以下方式优化：

• 自定义填充颜色：设置 borderValue 参数（如白色填充）。

  rotated = cv2.warpAffine(img, M, (new_w, new_h), borderValue=(255, 255, 255))
  

• 图像扩展模式：使用 borderMode=cv2.BORDER_REPLICATE 复制边缘像素。

2. 旋转后的图像尺寸控制

• 自动计算新尺寸（避免裁剪）：

  new_w = int(w * |cosθ| + h * |sinθ|)
  new_h = int(w * |sinθ| + h * |cosθ|)
  

• 保持原图尺寸（可能裁剪内容）：

  rotated = cv2.warpAffine(img, M, (w, h))
  

3. 插值方法选择

• cv2.INTER_NEAREST：最近邻插值（速度快，锯齿明显）。
• cv2.INTER_LINEAR：双线性插值（平衡速度与质量，默认）。
• cv2.INTER_CUBIC：双三次插值（质量高，速度慢）。

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四、复合变换（旋转+平移）

若需同时旋转和平移，可直接修改旋转矩阵的平移分量：

M = cv2.getRotationMatrix2D(center, angle=30, scale=1.0)
M[0, 2] += 50  # 沿x轴正方向平移50像素
M[1, 2] += -20  # 沿y轴负方向平移20像素

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五、总结

方法	适用场景	优点	缺点
cv2.getRotationMatrix2D	任意角度旋转，可自定义中心和缩放	灵活，支持复杂变换	需手动处理尺寸和黑边
cv2.rotate	90°、180°、270° 的快速旋转	简单高效，无需计算矩阵	仅支持固定角度

根据需求选择合适的函数，并通过调整参数优化旋转效果。