Python OpenCV 강좌 : 제 19강 - 기하학적 변환

기하학적 변환(Geometric Perspective)

기하학적 변환(Geometric Transform)이란 이미지를 인위적으로 확대, 축소, 위치 변경, 회전, 왜곡하는 등 이미지의 형태를 변환하는 것을 의미합니다.

이미지를 구성하는 픽셀 좌푯값의 위치를 재배치하는 과정으로 볼 수 있습니다.

기하학적 변환은 크게 아핀 변환(Affine Transformation)과 원근 변환(Perspective Transformation)이 있다.

아핀 변환은 2×3 행렬을 사용하며 행렬 곱셈에 벡터 합을 활용해 표현할 수 있는 변환을 의미합니다.

원근 변환은 3×3 행렬을 사용하며, 호모그래피(Homography)로 모델링할 수 있는 변환을 의미합니다.

• Tip : 아핀 변환은 정확하게는 3×3 행렬 형태를 갖습니다. 행렬의 세 번째 행이 [0, 1, 1] 값을 가져 OpenCV에서는 표현하지 않습니다.

메인 코드

import cv2
import numpy as np

src = cv2.imread("Image/harvest.jpg", cv2.IMREAD_COLOR)
height, width, channel = src.shape

srcPoint = np.array([[300, 200], [400, 200], [500, 500], [200, 500]], dtype=np.float32)
dstPoint = np.array([[0, 0], [width, 0], [width, height], [0, height]], dtype=np.float32)

matrix = cv2.getPerspectiveTransform(srcPoint, dstPoint)
dst = cv2.warpPerspective(src, matrix, (width, height))

cv2.imshow("dst", dst)
cv2.waitKey()
cv2.destroyAllWindows()

세부 코드

srcPoint = np.array([[300, 200], [400, 200], [500, 500], [200, 500]], dtype=np.float32)
dstPoint = np.array([[0, 0], [width, 0], [width, height], [0, height]], dtype=np.float32)

원근 변환(Perspective Transformation)은 네 점을 사용하여 픽셀을 재매핑합니다.

그러므로, 매핑에 사용할 변환 전 원본 이미지의 픽셀 좌표(srcPoint)과 변환 후 결과 이미지의 픽셀 좌표(dstPoint)를 선언합니다.

변환 전 원본 이미지의 픽셀 좌표가 변환 후 결과 이미지의 픽셀로 매핑되어 이미지가 변형됩니다.

예제의 좌표의 순서는 좌상, 우상, 우하, 좌하 순서입니다. numpy.array 형태로 선언하며, 좌표의 순서는 원본 순서와 결과 순서가 동일해야합니다.

만약, 순서가 동일하지 않다면 비틀린(twist) 형태로 이미지가 표현될 수 있습니다.

• Tip : 픽셀 좌표 배열은 정밀도(dtype)를 float32 형식으로 선언해야 사용할 수 있습니다.

matrix = cv2.getPerspectiveTransform(srcPoint, dstPoint)

원근 맵 행렬 생성 함수(cv2.GetPerspectiveTransform)로 매핑 좌표에 대한 원근 맵 행렬을 생성할 수 있습니다.

M = cv2.GetPerspectiveTransform(src, dst)는 변환 전 네 개의 픽셀 좌표(src)과 변환 후 네 개의 픽셀 좌표(dst)을 기반으로 원근 맵 행렬(M)을 생성합니다.

만약, 예제와 같은 데이터로 원근 맵 행렬을 생성한다면 다음과 같은 행렬이 생성됩니다.

[[-2.88000000e+01 -9.60000000e+00  1.05600000e+04]
 [-4.44089210e-15 -2.15400000e+01  4.30800000e+03]
 [-1.77809156e-17 -2.00000000e-02  1.00000000e+00]]

dst = cv2.warpPerspective(src, matrix, (width, height))

원근 변환 함수(cv2.warpPerspective)로 원근 맵 행렬에 대한 기하학적 변환을 수행할 수 있습니다.

dst = cv2.warpPerspective(src, M, dsize, dst, flags, borderMode, borderValue)는 입력 이미지(src)에 원근 맵 행렬(M)을 적용하고, 출력 이미지 크기(dsize)로 변형해서 출력 이미지(dst)를 반환합니다.

이미지를 변형하기 때문에 보간법(flags)과 테두리 외삽법(borderMode), 테두리 색상(borderValue)을 적용할 수 있습니다.

출력 결과