2.15 回転画像の動的リアルタイム表示

実験の目的

1. カメラで画像を取得し、元画像と動的に回転する画像を並べて表示します。

機能要件

回転画像を動的にリアルタイム表示します。

ハードウェアの準備

回路接続

ソフトウェア設計

設計フローチャート

ソースコードのダウンロード

ソースコードファイル：15_opencv_rotate_img_gif.rar

プログラムコード

完全なプロジェクトコードは（ソースコードファイル）をクリックしてダウンロードしてください。

"""
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程序功能: 使用opencv打开USB摄像头,在实时显示的图像中,动态实时显示旋转图像;

---------------------------------------------------------------
"""

import cv2
import numpy as np

# ==================== 辅助函数定义 ====================
def rotate_bound(image, angle):
    """
    完整旋转图像（不裁剪），返回包含整个旋转后图像的新图像

    普通旋转会裁剪掉超出边界的部分，这个函数会计算新图像的尺寸，
    确保旋转后的完整图像都在画布内。

    参数:
        image: 输入图像（numpy数组）
        angle: 旋转角度（度数，正值表示逆时针旋转）

    返回:
        旋转后的完整图像（尺寸会自动调整，不会裁剪）
    """
    # 获取原始图像的尺寸
    (h, w) = image.shape[:2]
    # 计算图像中心点坐标（宽度的一半，高度的一半）
    (cX, cY) = (w // 2, h // 2)

    # 获取旋转矩阵
    # cv2.getRotationMatrix2D(center, angle, scale)
    #   center: 旋转中心点
    #   angle: 旋转角度（正值 = 逆时针）
    #   scale: 缩放因子（1.0 表示不缩放）
    # 注意：传入 -angle 是为了让正角度表示逆时针旋转
    M = cv2.getRotationMatrix2D((cX, cY), -angle, 1.0)

    # ========== 计算旋转后图像的新边界尺寸 ==========
    # 从旋转矩阵中提取 cos 和 sin 的绝对值
    # M[0,0] = cosθ, M[0,1] = sinθ
    cos = np.abs(M[0, 0])
    sin = np.abs(M[0, 1])

    # 计算旋转后的新宽度和新高度
    # 公式: new_w = h * |sinθ| + w * |cosθ|
    #      new_h = h * |cosθ| + w * |sinθ|
    new_w = int((h * sin) + (w * cos))
    new_h = int((h * cos) + (w * sin))

    # ========== 调整旋转矩阵的平移部分，使图像居中 ==========
    # 原来旋转矩阵是以原图像中心为中心旋转
    # 现在需要将旋转后的图像平移到新画布的中心位置
    M[0, 2] += (new_w / 2) - cX  # 调整 X 方向平移量
    M[1, 2] += (new_h / 2) - cY  # 调整 Y 方向平移量

    # 执行仿射变换（旋转）
    # cv2.warpAffine(src, M, dsize, flags, borderMode, borderValue)
    #   src: 源图像
    #   M: 变换矩阵
    #   dsize: 输出图像尺寸 (new_w, new_h)
    #   flags: 插值方法（INTER_LINEAR = 线性插值）
    #   borderMode: 边界填充模式（BORDER_CONSTANT = 常数填充）
    #   borderValue: 填充颜色（(0,0,0) = 黑色）
    rotated = cv2.warpAffine(
        image, M, (new_w, new_h),
        flags=cv2.INTER_LINEAR,
        borderMode=cv2.BORDER_CONSTANT,
        borderValue=(0, 0, 0)
    )
    return rotated

# ==================== 主程序 ====================
# 打开默认摄像头（设备索引通常是 0）
cap = cv2.VideoCapture(0)

# 检查摄像头是否成功打开
if not cap.isOpened():
    print("错误：无法打开摄像头")
    exit()

print("按 'q' 键退出")

# 初始化旋转角度（0度开始）
angle = 0

# ==================== 主循环：实时采集并动态旋转 ====================
while True:
    # 从摄像头读取一帧图像
    ret, frame = cap.read()

    # 检查是否成功读取到图像
    if not ret:
        print("错误：无法获取帧")
        break

    # ----- 准备原始图像（左半部分）-----
    # 复制原始图像，避免后续操作影响原图
    original = frame.copy()

    # ----- 生成动态旋转图像（右半部分）-----
    # 将当前帧旋转指定角度
    rotated_full = rotate_bound(frame, angle)

    # ========== 统一左右图像的高度（便于拼接） ==========
    # 获取原始图像的高度
    h_orig = original.shape[0]
    # 获取旋转后图像的尺寸
    h_rot, w_rot = rotated_full.shape[:2]

    # 计算缩放比例：将旋转图像缩放到与原始图像相同高度
    scale = h_orig / h_rot
    # 计算缩放后的宽度（按比例缩放，保持宽高比）
    new_w = int(w_rot * scale)

    # 缩放旋转图像
    # cv2.resize(src, dsize, interpolation)
    #   dsize: 目标尺寸 (width, height)
    #   INTER_AREA: 区域插值，适合图像缩小
    rotated_resized = cv2.resize(rotated_full, (new_w, h_orig), 
                                  interpolation=cv2.INTER_AREA)

    # ----- 水平拼接：原始图像 + 旋转图像 -----
    # np.hstack() 将两个图像左右并排拼接
    combined = np.hstack((original, rotated_resized))

    # ----- 显示拼接结果 -----
    cv2.imshow('Original | Rotating', combined)

    # ========== 更新旋转角度（实现动态旋转效果） ==========
    # 角度递增：0 → 1 → 2 → ... → 359 → 0 → 1 → ...
    # % 360 确保角度始终在 0~359 范围内
    angle = (angle + 1) % 360

    # ========== 键盘控制 ==========
    # 等待30毫秒，检测键盘输入
    # 30ms 的延迟同时控制了：
    #   1. 旋转速度（每30ms增加1度，约12秒完成一圈）
    #   2. 帧率（约33 FPS）
    # 如果按下 'q' 键，则退出循环
    if cv2.waitKey(30) & 0xFF == ord('q'):
        break

# ==================== 资源释放 ====================
cap.release()          # 释放摄像头设备
cv2.destroyAllWindows()  # 关闭所有OpenCV创建的窗口

操作手順

1. ターミナルを開き、Python プログラムのディレクトリに移動してプログラムを実行します。以下のコマンドを入力してください。

python  15_opencv_rotate_img_gif.py

実験結果

USB カメラを開き、連続的に動的回転する効果を実現します。元画像と回転画像を左右に並べて表示し、回転角度は連続的に増加します（0°→359° を繰り返し）。

参考結果：

お問い合わせ

資料のダウンロード・技術サポートについては、HumansX株式会社までお問い合わせください。