使用 C/C++ 和 OpenCV 实现滑动条控制图像旋转

使用 C++ 和 OpenCV 实现滑动条控制图像旋转

本文将介绍如何使用 C++ 和 OpenCV 库创建一个简单的应用程序，该程序可以显示一张图片，并允许用户通过一个滑动条（Trackbar）来实时控制图片的旋转角度。这是一个非常实用的交互式功能，能帮助我们直观地理解仿射变换。

核心函数

在实现这个功能之前，我们主要会用到以下几个 OpenCV 的核心函数：

1. namedWindow(): 创建一个可以容纳图像和滑动条的窗口。
2. createTrackbar(): 在指定的窗口中创建一个滑动条。
3. getRotationMatrix2D(): 计算二维旋转的仿射变换矩阵。它需要旋转中心、旋转角度和缩放比例作为参数。
4. warpAffine(): 对图像应用一个仿射变换。我们将使用 getRotationMatrix2D() 生成的矩阵来旋转图像。

实现步骤

整个程序的逻辑非常清晰：

1. 加载图像：从文件中读取一张图片。
2. 创建窗口和滑动条：创建一个窗口来显示图像，并在这个窗口上附加一个范围为 0-360 度的滑动条。
3. 定义回调函数：创建一个函数，该函数会在滑动条位置改变时被调用。
4. 执行旋转：在回调函数中，获取滑动条的当前值（角度），计算旋转矩阵，并对原始图像应用旋转变换。
5. 显示结果：在窗口中更新并显示旋转后的图像。

完整代码示例

下面是实现该功能的完整 C++ 代码。代码结构清晰，并附有详细注释。

#include <iostream>
#include "opencv2/opencv.hpp"

using namespace std;
using namespace cv;

// --- 全局变量 ---
// 窗口名称
const string g_windowName = "图像旋转 (拖动滑动条)"; 
// 原始图像和旋转后的图像
Mat g_srcImage, g_dstImage; 
// 滑动条当前值（角度）和最大值
int g_trackbarValue = 0; 
const int g_trackbarMaxValue = 360; 

/**
 * @brief 滑动条的回调函数
 * @param pos 滑动条的当前位置
 * @param userdata 用户传递的数据（这里未使用）
 */
void onTrackbar(int pos, void* userdata) {
    // 1. 获取旋转中心：图像的几何中心
    Point2f center(g_srcImage.cols / 2.0F, g_srcImage.rows / 2.0F);

    // 2. 计算旋转矩阵
    // 参数：旋转中心、旋转角度 (pos)、缩放因子 (1.0)
    Mat rot = getRotationMatrix2D(center, pos, 1.0);

    // 3. 计算旋转后图像的边界框，以防止图像被裁切
    // 获取旋转后的边界框
    Rect bbox = RotatedRect(center, g_srcImage.size(), pos).boundingRect();
    // 调整旋转矩阵，加入平移变换，使得旋转后的图像能完整显示
    rot.at<double>(0, 2) += bbox.width / 2.0 - center.x;
    rot.at<double>(1, 2) += bbox.height / 2.0 - center.y;

    // 4. 应用仿射变换（旋转）
    // 参数：输入图像、输出图像、变换矩阵、输出图像尺寸
    warpAffine(g_srcImage, g_dstImage, rot, bbox.size());

    // 5. 显示旋转后的图像
    imshow(g_windowName, g_dstImage);
}

int main(int argc, char** argv) {
    // 检查输入
    if (argc != 2) {
        cout << "用法: ./rotate_image <图片路径>" << endl;
        return -1;
    }

    // 1. 加载图像
    g_srcImage = imread(argv[1]);
    if (g_srcImage.empty()) {
        cout << "无法加载图像: " << argv[1] << endl;
        return -1;
    }

    // 2. 创建窗口
    namedWindow(g_windowName, WINDOW_AUTOSIZE);

    // 3. 创建滑动条
    // 参数：滑动条名称、窗口名称、绑定变量指针、最大值、回调函数
    createTrackbar("角度", g_windowName, &g_trackbarValue, g_trackbarMaxValue, onTrackbar);

    // 4. 首次调用回调函数以显示初始图像（0度）
    onTrackbar(0, 0);

    // 5. 等待用户按键后退出
    cout << "拖动滑动条来旋转图像。按任意键退出..." << endl;
    waitKey(0);

    return 0;
}

代码解析

• 全局变量: 我们将需要被回调函数 onTrackbar 访问的变量（如源图像 g_srcImage）定义为全局变量，这是一种在回调场景中共享状态的简单方法。
• 防止裁切: 如果直接使用 warpAffine，旋转后的图像可能会超出原始图像的边界而被裁切。为了解决这个问题，我们首先计算旋转后图像的边界框（Bounding Box），然后调整旋转矩阵，增加一个平移量，确保整个旋转后的图像都能在新尺寸的画布中完整显示出来。
• 回调机制: createTrackbar 是核心。它将一个滑动条与一个整数变量 g_trackbarValue 和一个回调函数 onTrackbar 关联起来。每当用户拖动滑动条时，OpenCV 会自动更新 g_trackbarValue 的值，并用新值作为参数调用 onTrackbar 函数，从而触发图像的重新计算和显示。

如何编译和运行

1. 保存代码：将以上代码保存为 rotate_image.cpp。

2. 编译：打开终端，使用 g++ 编译器（需要已配置好 OpenCV 环境）进行编译。

   g++ rotate_image.cpp -o rotate_image `pkg-config --cflags --libs opencv4`
   

   注意：如果您的 OpenCV 版本是 3.x，请将 opencv4 替换为 opencv。

3. 运行：准备一张图片（例如 test.jpg），然后执行程序。

   ./rotate_image test.jpg
   

程序运行后，你会看到一个窗口，窗口上方有一个滑动条。拖动它，图片就会以其中心为轴进行实时旋转！