[파이썬 언어 공부] 이미지 회전 행렬로 이미지 직접 원하는 degree로 회전하기 - Whitmem
[파이썬 언어 공부] 이미지 회전 행렬로 이미지 직접 원하는 degree로 회전하기
Python Programming
2023-08-16 20:27 게시 1e1139b5c8fbc13f7a95

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이미지 회전 행렬을 통한 직접 회전하기
이 게시물에서는 파이썬numpy 라이브러리를 활용하여 이미지 회전을 진행 해 봅니다. 기본적으로 이미지 회전을 진행하기 위해서는 단순히 삼각함수의 내용만으로 회전이 가능합니다만, 보다 편리하고 일괄적인 처리를 위해서 행렬에 수식을 담아 회전을 처리하게 됩니다. 이를 어떻게 numpy에서 처리할 수 있는지 알아봅시다.
이미지 회전 행렬
이러한 이미지 행렬은 cos-sinsincos 순서대로 형태를 이루고 있습니다.
회전 행렬
이러한 회전 행렬은 우리가 원하는 좌표 행렬과 내적dot연산을 하면 새로운 좌표를 얻을 수 있습니다.
새 좌표 계산
여기서는 이 아이디어를 활용하여 직접 반복문 처리를 통해 새로운 회전 좌표를 구하기로 합니다.
라이브러리
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt import cv2 import math
사용 하려는 라이브러리는 총 4개입니다. 행렬 처리에 필수적인 numpy, 이미지를 그리기 위한 matplotlib 이미지 로드를 위한 cv2 이외 수학 라이브러리인 math 을 사용합니다.
이미지 로드
먼저 이미지를 로드하기 위해서 cv2.imread("파일 경로")를 사용합니다. cv2 는 기본적으로 내부에서 넘파이 배열 형태를 사용하기 때문에 아래 소스코드 pn이 결국 넘파이 배열을 의미합니다.
pn = cv2.imread("aaaa7.png") plt.imshow(pn)
이미지 로드<로드 이미지 상, 원본 이미지 하>
한편, 이 이미지의 원본 색상과 색상 채널이 변경되어 다른 색상으로 보이는 문제가 존재합니다. 이렇게 색상이 변경되어 출력되는 이유는 cv2는 기본적으로 RGB 순이 아닌 BGR 모드를 사용하기 때문에 빨강 색상과 파랑 색상의 표현 자리가 변경됩니다. 이를 넘파이에서 다시 되돌려주기 위해 전치행렬로 B,G,R 채널만 분리한 뒤 R,G,B 로 조합하여 다시 배열로 변환합니다.
px = pn.transpose(2,0,1) pn = np.concatenate(([px[2]],[px[1]],[px[0]])).transpose(1,2,0)
결과
그리고 다시 출력 해 보면 정상적으로 색이 출력됨을 확인할 수 있습니다.
이미지 회전 행렬 적용 및 회전
이제 이미지 회전 행렬을 적용할 차례 입니다. 이미지 회전 행렬을 진행하기 위해서는 각 좌표 값을 가져와 좌표 정보를 회전 한 뒤 해당 좌표에 기존의 색상 강도를 집어 넣어야 합니다. 원래는 행렬로 일괄 처리하는 것이 속도면에서도 매우 좋지만, 우선 연습이므로 반복문으로 구현 해 봅니다.
angle = 5 radian = (angle/180) * 3.141592 rot = np.array([ [ math.cos(radian), -math.sin(radian) ], [ math.sin(radian),math.cos(radian) ] ]) pn2 = np.zeros_like(pn) for y in range(len(pn)): for x in range(len(pn[y])): resultMatrix = rot@[x , y ] n_x = int(resultMatrix[0]) n_y = int(resultMatrix[1]) if(n_y < len(pn) and n_x < len(pn[y])): if(n_x>=0 and n_y>=0): pn2[n_y,n_x] = pn[y,x] plt.imshow(pn2)
이미지 회전
이미지가 좌측 위 부터 회전된 것을 확인할 수 있습니다. 하지만 중간 중간 작은 점들이 보이는데, 이러한 부분은 실수인 좌표를 강제로 정수로 변환하면서 생기는 문제로 보입니다. 이 부분에 대해서는 추후 추가 정보를 게시하도록 하겠습니다.
로컬 좌표로 회전
한편, 현재는 좌측 위를 origin으로 구성하여 회전하고 있습니다. 이러한 문제는 원하는 좌표만큼 이동한 뒤 회전 후 다시 복귀함으로써 해결할 수 있습니다.
angle = 180 radian = (angle/180) * 3.141592 rot = np.array([ [ math.cos(radian), -math.sin(radian) ], [ math.sin(radian),math.cos(radian) ] ]) pn2 = np.zeros_like(pn) center_x = len(pn[0])/2 center_y= len(pn)/2 for y in range(len(pn)): for x in range(len(pn[y])): resultMatrix = rot@[x - center_x, y - center_y] + [center_x,center_y] n_x = int(resultMatrix[0]) n_y = int(resultMatrix[1]) if(n_y < len(pn) and n_x < len(pn[y])): if(n_x>=0 and n_y>=0): pn2[n_y,n_x] = pn[y,x] plt.imshow(pn2)
회전
resultMatrix 에 rot@[x - center_x, y - center_y] + [center_x,center_y] 식을 대입하고 있습니다. rot 는 회전 행렬이고, 그 회전 행렬에 x, y 를 내적하기 전 중심 x, y를 빼고 있습니다. 그리고 모든 결과에 다시 중심 x와 중심 y를 더함으로써 중심 좌표로 이동합니다.
다음에는 C# 언어로 구현하여 더 자세한 정보를 바탕으로 게시토록 하겠습니다.
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