Matrix进行图像处理

矩阵的规则:

矩阵A与矩阵B能进行乘法操作的条件:

  1. 当矩阵A的列数等于矩阵B的行数时,A与B可以相乘。
  2. 矩阵C的行数等于矩阵A的行数,C的列数等于B的列数。
  3. 乘积C的第  行第  列的元素  等于矩阵A的第  行的元素与矩阵B的第  列对应元素乘积之和。

  

例如:

定义矩阵

注意 矩阵乘法一般不满足交换律。即:

一、 平移变换

假定有一个点的坐标是 ,将其移动到 ,再假定在x轴和y轴方向移动的大小分别为:

如下图所示:

不难知道:

如果用矩阵来表示的话,就可以写成:

 

二、 旋转变换

2.1    围绕坐标原点旋转:

假定有一个点 ,相对坐标原点顺时针旋转后的情形,同时假定P点离坐标原点的距离为r,如下图:

那么,

如果用矩阵,就可以表示为:

2.2    围绕某个点旋转

如果是围绕某个点顺时针旋转,那么可以用矩阵表示为:

可以化为:

很显然,

1.

是将坐标原点移动到点后, 的新坐标。

2.

是将上一步变换后的,围绕新的坐标原点顺时针旋转 。

3.

经过上一步旋转变换后,再将坐标原点移回到原来的坐标原点。

所以,围绕某一点进行旋转变换,可以分成3个步骤,即首先将坐标原点移至该点,然后围绕新的坐标原点进行旋转变换,再然后将坐标原点移回到原先的坐标原点。

三、 缩放变换

理论上而言,一个点是不存在什么缩放变换的,但考虑到所有图像都是由点组成,因此,如果图像在x轴和y轴方向分别放大k1k2倍的话,那么图像中的所有点的x坐标和y坐标均会分别放大k1k2倍,即

用矩阵表示就是:

缩放变换比较好理解,就不多说了。

四、 错切变换

错切变换(skew)在数学上又称为Shear mapping(可译为“剪切变换”)或者Transvection(缩并),它是一种比较特殊的线性变换。错切变换的效果就是让所有点的x坐标(或者y坐标)保持不变,而对应的y坐标(或者x坐标)则按比例发生平移,且平移的大小和该点到x轴(或y轴)的垂直距离成正比。错切变换,属于等面积变换,即一个形状在错切变换的前后,其面积是相等的。

比如下图,各点的y坐标保持不变,但其x坐标则按比例发生了平移。这种情况将水平错切。

下图各点的x坐标保持不变,但其y坐标则按比例发生了平移。这种情况叫垂直错切。

假定一个点经过错切变换后得到,对于水平错切而言,应该有如下关系:

用矩阵表示就是:

扩展到3 x 3的矩阵就是下面这样的形式:

同理,对于垂直错切,可以有:

在数学上严格的错切变换就是上面这样的。在Android中除了有上面说到的情况外,还可以同时进行水平、垂直错切,那么形式上就是:

五、 对称变换

除了上面讲到的4中基本变换外,事实上,我们还可以利用Matrix,进行对称变换。所谓对称变换,就是经过变化后的图像和原图像是关于某个对称轴是对称的。比如,某点 经过对称变换后得到

如果对称轴是x轴,难么,

用矩阵表示就是:

如果对称轴是y轴,那么,

用矩阵表示就是:

如果对称轴是y = x,如图:

那么,

很容易可以解得:

用矩阵表示就是:

同样的道理,如果对称轴是y = -x,那么用矩阵表示就是:

特殊地,如果对称轴是y = kx,如下图:

那么,

很容易可解得:

用矩阵表示就是:

k = 0时,即y = 0,也就是对称轴为x轴的情况;当k趋于无穷大时,即x = 0,也就是对称轴为y轴的情况;当k =1时,即y = x,也就是对称轴为y = x的情况;当k = -1时,即y = -x,也就是对称轴为y = -x的情况。不难验证,这和我们前面说到的4中具体情况是相吻合的。

如果对称轴是y = kx + b这样的情况,只需要在上面的基础上增加两次平移变换即可,即先将坐标原点移动到(0, b),然后做上面的关于y = kx的对称变换,再然后将坐标原点移回到原来的坐标原点即可。用矩阵表示大致是这样的:

需要特别注意:在实际编程中,我们知道屏幕的y坐标的正向和数学中y坐标的正向刚好是相反的,所以在数学上y = x和屏幕上的y = -x才是真正的同一个东西,反之亦然。也就是说,如果要使图片在屏幕上看起来像按照数学意义上y = x对称,那么需使用这种转换:

要使图片在屏幕上看起来像按照数学意义上y = -x对称,那么需使用这种转换:

关于对称轴为y = kx y = kx + b的情况,同样需要考虑这方面的问题。

参考:http://blog.csdn.net/linghu_java/article/details/19114331

时间: 2024-10-12 16:08:56

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