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title: 'CS362 Assignment #1'
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圖像旋轉 (Image Rotation)
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## 目錄

[TOC]

## 作業說明
撰寫一個程式將一張圖像的(a)整張圖像，(b)中心內切圓區域，旋轉一個角度(逆時針旋
轉 0 度至 359 度)：利用一個滑動條(trackbar)控制旋轉角度。

## 開發環境

$ uname -srvmio
Linux 5.19.0-35-generic #36~22.04.1-Ubuntu SMP PREEMPT_DYNAMIC Fri Feb 17 15:17:25 UTC 2 x86_64 x86_64 GNU/Linux
$ gcc --version
gcc (Ubuntu 11.3.0-1ubuntu1~22.04) 11.3.0
$ pkg-config --modversion opencv4
4.5.4

## 程式碼說明
### (a)整張圖片旋轉
#### 宣告與初始化變數

// include opencv 與 stdio library
#include "opencv2/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgcodecs.hpp"
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <stdio.h>

// 定義GUI視窗名稱、滑動條名稱與最大值
#define WINDOW_TITLE "Rotated image"
#define SLIDER_MAX 359
#define TRACK_BAR_NAME "Degree"

// 使用 cv namespace 
using namespace cv;

//設定全域變數 src 用來儲存圖片
Mat src;

#### 函式宣告

// 宣告一個 function 當 trackbar onchange 時執行
static void on_trackbar(int, void *) 
{
    // 取得Trackbar的位置(Position)
    double degree = getTrackbarPos(TRACK_BAR_NAME, WINDOW_TITLE);
    // 宣告一個物件用於儲存輸出矩陣
    Mat output;
    /* 宣告一個轉置矩陣
     * 利用 getRotationMatrix2D 可以產生一個旋轉矩陣
     * 第一個參數為旋轉中心，以圖片的中心為旋轉點
     * 第二個參數為旋轉角度
     * 第三個參數為縮放比例
     */
    Mat rotation =
        getRotationMatrix2D(Point2f(src.cols / 2, src.rows / 2), degree, 1);
    // 矩陣重新映射至 output
    warpAffine(src, output, rotation, src.size());
    // 顯示 output 之影像
    imshow(WINDOW_TITLE, output);
}

旋轉矩陣運作原理

$M = \begin{bmatrix} \alpha & \beta & (1- \alpha ) \cdot \texttt{center.x} - \beta \cdot \texttt{center.y} \\ - \beta & \alpha & \beta \cdot \texttt{center.x} + (1- \alpha ) \cdot \texttt{center.y} \end{bmatrix}$

$α = scale ⋅ cos(angle)$
$β = scale ⋅ sin(angle)$

#### 介面控制

// 透過 argc argv 去接收圖片路徑
int main(int argc, char **argv) 
{
    // 當參數不為 2 時表示路徑格是錯誤
    if (argc != 2) {
        printf("usage: DisplayImage.out <Image_Path>\n");
        return -1;
    }
    // 讀入路徑圖片
    src = imread(argv[1], IMREAD_COLOR);
    if (src.empty()) {
        printf("%s", "Error loading image \n");
        return -1;
    }
    // 命名新的視窗
    namedWindow(WINDOW_TITLE, WINDOW_AUTOSIZE);
    // 建立 trackbar
    createTrackbar(TRACK_BAR_NAME, WINDOW_TITLE, nullptr, SLIDER_MAX,
                   on_trackbar);
    // 設定 trackbar 位置
    setTrackbarPos(TRACK_BAR_NAME, WINDOW_TITLE, 0);
    // 初始化位置
    on_trackbar(0, 0);
    waitKey(0);
    return 0;
}

### (b)圖片中心旋轉

#include "opencv2/highgui.hpp"
#include "opencv2/imgcodecs.hpp"
#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <stdio.h>

#define WINDOW_TITLE "Rotated image center"
#define SLIDER_MAX 359
#define TRACK_BAR_NAME "Degree"
#define CIRCLE_SCALE 100
using namespace cv;

Mat src;

static void on_trackbar(int, void *) 
{
    double degree = getTrackbarPos(TRACK_BAR_NAME, WINDOW_TITLE);
    Mat mask = Mat::zeros(src.size(), src.type());
    Mat rev_mask;
    Mat output, middle;
    Point2f center(src.cols / 2, src.rows / 2);
    
    // 建立一個圓形圖案，並儲存至mask作為遮罩
    circle(mask, center, CIRCLE_SCALE,
           Scalar(255, 255, 255), FILLED);
    //原圖透過遮罩後存入middle
    src.copyTo(middle, mask);
    //建立一個反向遮罩
    bitwise_not(mask, rev_mask);
    //原圖透過反向遮罩存入rev_mask
    src.copyTo(output, rev_mask);

    /* 現在已經將原圖拆為兩個部分
     * 1.內部圓形
     * 2.外部框架
     */
    
    // 旋轉中間圓形部分
    Mat rotation =
        getRotationMatrix2D(center, degree, 1);
    warpAffine(middle, middle, rotation, middle.size());

    // 輸出旋轉後的內部圓形與外部框架之合併圖
    imshow(WINDOW_TITLE, middle | output);
}

int main(int argc, char **argv) 
{
    // get image path from command line
    if (argc != 2) {
        printf("usage: DisplayImage.out <Image_Path>\n");
        return -1;
    }

    // load image from path
    src = imread(argv[1], IMREAD_COLOR);
    if (src.empty()) {
        printf("%s", "Error loading image \n");
        return -1;
    }

    // create window
    namedWindow(WINDOW_TITLE, WINDOW_AUTOSIZE);

    createTrackbar(TRACK_BAR_NAME, WINDOW_TITLE, nullptr, SLIDER_MAX,
                   on_trackbar);
    setTrackbarPos(TRACK_BAR_NAME, WINDOW_TITLE, 0);

    // initial window
    on_trackbar(0, 0);

    waitKey(0);
    return 0;
}

## 程式展示
### 編譯
進入資料夾

cmake .
make


### 執行
#### a

./HW1a yzu.bmp


| 初始化 | 旋轉30 | 旋轉345 |
| -------- | -------- | -------- |
| |  |  |

#### b

./HW1b yzu.bmp


| 初始化 | 旋轉43 | 旋轉270 |
| -------- | -------- | -------- |
| |  |  |

## 參考資料
[cv::getRotationMatrix2D](https://docs.opencv.org/4.7.0/da/d54/group__imgproc__transform.html#gafbbc470ce83812914a70abfb604f4326)
[cv:wrapAffine](https://docs.opencv.org/4.7.0/da/d54/group__imgproc__transform.html#ga0203d9ee5fcd28d40dbc4a1ea4451983)
cv Sample(需要從source編譯)

###### tags: `CS362` `s1081050` `HW1`