在Python中围绕指定原点旋转2D图像

Question

我有一张512x512像素的二维图像，我想要在一个特定的角度和一个特定的原点（旋转中心）进行旋转。之前我一直使用Scipy的rotate方法来旋转图像。但是，我遇到了问题，因为旋转总是围绕图像的中心进行的。对于512x512像素的图像，旋转中心应该在点（x,y）128,128的位置。我该如何在自定义的旋转中心，比如（x,y）20,128的位置旋转这张图像呢？

Answer 1

如果你不能使用OpenCV，可以用NumPy（import numpy as np）和SciPy（from scipy import ndimage）来实现图像的旋转，方法如下：

1. 首先给图像img加上边框，这样旋转的中心点就会在图像的中心，而且图像的大小会变成原来的两倍：

   padX = [img.shape[1] - pivot[0], pivot[0]]
   padY = [img.shape[0] - pivot[1], pivot[1]]
   imgP = np.pad(img, [padY, padX], 'constant')
   

   注意，虽然图像的形状是按行列顺序的，但这里的pivot是按X-Y或列行顺序来定义的。你可能想用不同的方式来定义它。

2. 接着，围绕图像的中心进行旋转（这里旋转的角度是45度）：

   imgR = ndimage.rotate(imgP, 45, reshape=False)
   

   要注意的是，我们不允许改变图像的形状，因为我们会自己裁剪图像。

3. 最后，裁剪图像，使得旋转中心点回到它原来的位置。因此，我们只需将第一步的边框去掉即可：

   imgC = imgR[padY[0] : -padY[1], padX[0] : -padX[1]]
   

你可以在下面的图中看到不同的步骤（原始图像、加边框后的图像、旋转后的图像、裁剪后的图像；围绕点(100, 300)旋转45度）。

把这些步骤整理成一个方便的函数如下：

def rotateImage(img, angle, pivot):
    padX = [img.shape[1] - pivot[0], pivot[0]]
    padY = [img.shape[0] - pivot[1], pivot[1]]
    imgP = np.pad(img, [padY, padX], 'constant')
    imgR = ndimage.rotate(imgP, angle, reshape=False)
    return imgR[padY[0] : -padY[1], padX[0] : -padX[1]]

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更新

对于彩色图像，你需要在加边框时避免增加更多的通道（在第三个维度上进行零填充）：

imgP = np.pad(img, [padY, padX, [0, 0]], 'constant')

别忘了在“之前”和“之后”的填充中都使用0。否则你会遇到ValueError错误。