Python圖像處理開發：使用cv2.getRotationMatrix2D實現圖像旋轉

一、圖像旋轉介紹

在圖像處理中，圖像旋轉是一個比較常見的操作。從理論上來說，對於一張圖像，我們只需要對其中的每個像素點進行旋轉即可。然而，在實際操作中，這樣的計算量是非常大的，而且還容易導致圖像失真。幸運的是，OpenCV提供了一些內置函數，可以幫助我們高效地實現圖像旋轉。其中，cv2.getRotationMatrix2D是使用最為廣泛的函數之一。

二、cv2.getRotationMatrix2D函數介紹

cv2.getRotationMatrix2D函數是用於生成二維旋轉矩陣的函數。該函數的第一個參數是旋轉中心點，第二個參數是旋轉角度，第三個參數是縮放比例。

import cv2

img = cv2.imread('test.jpg', 1)
(rows, cols) = img.shape[:2]

M = cv2.getRotationMatrix2D((cols/2, rows/2), 30, 0.5)
rotated_img = cv2.warpAffine(img, M, (cols, rows))

cv2.imshow('Original Image', img)
cv2.imshow('Rotated Image', rotated_img)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

在上述代碼中，我們讀取了一張圖片（假設為test.jpg），並使用cv2.getRotationMatrix2D生成了一個旋轉矩陣M。該矩陣將原始圖像旋轉了30度，並按照0.5的比例縮放。最終，我們使用cv2.warpAffine將原始圖像旋轉並繪製到屏幕上。在運行代碼時，我們可以看到屏幕上出現了原始圖像和旋轉後的圖像兩個窗口。

三、旋轉中心點的選擇

在使用cv2.getRotationMatrix2D函數時，需要注意旋轉中心點的選擇。這個中心點是旋轉操作的重心，如果選擇不當，容易導致圖像旋轉後失真或局部偏差。在一般情況下，我們可以選擇圖像的中心點作為旋轉中心點。

(cols/2, rows/2)

在上述代碼中，我們使用了函數(getRotationMatrix2D)參數 (cols/2, rows/2) 作為旋轉中心點。其中，cols和rows表示原始圖像的寬度和高度，/2是為了將中心點移動到圖像的中心。

四、旋轉角度的選擇

旋轉角度是影響圖像輸出效果的重要因素。在使用cv2.getRotationMatrix2D時，需要根據實際需求選擇合適的旋轉角度。通常，角度是以度為單位的，但是在OpenCV中，角度是以弧度為單位的。因此，在進行旋轉時，我們需要將角度先轉換為弧度，然後再傳遞給getRotationMatrix2D函數。

angle = 30
radian = angle * math.pi / 180
M = cv2.getRotationMatrix2D((cols/2, rows/2), radian, 0.5)

在上述代碼中，我們使用angle表示旋轉角度，將其轉化為弧度radian。然後，我們將radian傳遞給cv2.getRotationMatrix2D函數，即可生成一個旋轉矩陣。

五、縮放比例的選擇

在使用cv2.getRotationMatrix2D函數時，還需要考慮縮放比例的選擇。縮放比例是一個可選參數，它用於調整圖像的大小。通常情況下，縮放比例的取值範圍在0~1之間，當取值為1時，圖像大小不變；當取值小於1時，圖像會被縮小；當取值大於1時，圖像會被放大。

M = cv2.getRotationMatrix2D((cols/2, rows/2), 30, 0.5)

在上述代碼中，我們將縮放比例設置為0.5。

六、小結

本文介紹了如何使用cv2.getRotationMatrix2D函數實現圖像旋轉。首先，我們講述了圖像旋轉基礎知識，包括圖像旋轉操作的理論知識。然後，我們詳細講解了cv2.getRotationMatrix2D函數的使用方法，包括旋轉中心點的選擇、旋轉角度的選擇以及縮放比例的選擇。最後，我們通過一段簡單的代碼演示了如何使用cv2.getRotationMatrix2D函數實現圖像旋轉。