图像旋转算法与实现

好吧,先下个定义,图像旋转是指图像以某一点为中心旋转一定的角度,形成一幅新的图像的过程。当然这个点通常就是图像的中心。既然是按照中心旋转,自然会有这样一个属性：旋转前和旋转后的点离中心的位置不变. 根据这个属性,我们可以得到旋转后的点的坐标与原坐标的对应关系。由于原图像的坐标是以左上角为原点的,所以我们先把坐标转换为以图像中心为原点。假设原图像的宽为w,高为h,（x 0,y 0）为原坐标内的一点,转换坐标后的点为（x 1,y 1）。那么不难得到： x 1 = x 0 - w/2; y 1 = -y 0 + h/2;

在新的坐标系下,假设点（x 0,y 0）距离原点的距离为r,点与原点之间的连线与x 轴的夹角为b,旋转的角度为a,旋转后的点为（x 1,y 1）, 如下图所示。

那么有以下结论： x 0=rcosb ；y 0=rsinb

x 1 = rcos(b-a) = rcosbcosa+rsinbsina=x 0cosa+y 0sina ； y 1=rsin(b-a)=rsinbcosa-rcosbsina=-x 0sina+y 0cosa ；

得到了转换后的坐标,我们只需要把这些坐标再转换为原坐标系即可。这里还有一点要注意,旋转后的图像的长和宽会发生变化,因此要计算新图像的长和宽。 以下为源程序：

1 #include "stdafx.h"

2 #include

3 #include

4 #include

5 #include

6 using namespace std; 7

8 #define PI 3.1415926535 9 //角度到弧度转化

10 #define RADIAN(angle) ((angle)*PI/180.0) 11 12 void Rotation(const string& srcFile,const string& desFile,int angle) 13 {

14 BITMAPFILEHEADER bmfHeader; 15 BITMAPINFOHEADER bmiHeader; 16

17 FILE *pFile;

18 if ((pFile = fopen(srcFile.cstr(),"rb")) == NULL) 19 {

20 printf("open bmp file error."); 21 exit(-1); 22 }

23 //读取文件和Bitmap 头信息 24 fseek(pFile,0,SEEKSET);

25 fread(&bmfHeader,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,pFile); 26 fread(&bmiHeader,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,pFile); 27 //先不支持小于16位的位图

28 int bitCount = bmiHeader.biBitCount; 29 if (bitCount < 16)

30 {

31 exit(-1);

32 }

33 int srcW = bmiHeader.biWidth;

34 int srcH = bmiHeader.biHeight;

35 //原图像每一行去除偏移量的字节数

36 int lineSize = bitCount * srcW / 8;

37 //偏移量,windows系统要求每个扫描行按四字节对齐

38 int alignBytes = ((bmiHeader.biWidth * bitCount + 31) & ~31) / 8L

39 - bmiHeader.biWidth * bitCount / 8L;

40 //原图像缓存

41 int srcBufSize = lineSize * srcH;

42 BYTE* srcBuf = new BYTE[srcBufSize];

43 int i,j;

44 //读取文件中数据

45 for (i = 0; i < srcH; i++)

46 {

47 fread(&srcBuf[lineSize * i],lineSize,1,pFile);

48 fseek(pFile,alignBytes,SEEKCUR);

49 }

50 //以图像中心为原点左上角,右上角,左下角和右下角的坐标,用于计算旋转后的图像的宽和高

51 POINT pLT,pRT,pLB,pRB;

52 pLT.x = -srcW/2;pLT.y = srcH/2;

53 pRT.x = srcW/2;pRT.y = srcH/2;

54 pLB.x = -srcW/2;pLB.y = -srcH/2;

55 pRB.x = srcW/2; pRB.y = -srcH/2;

56 //旋转之后的坐标

57 POINT pLTN,pRTN,pLBN,pRBN;

58 double sina = sin(RADIAN(angle));

59 double cosa = cos(RADIAN(angle));

60 pLTN.x = pLT.x*cosa + pLT.y*sina;

61 pLTN.y = -pLT.x*sina + pLT.y*cosa;

62 pRTN.x = pRT.x*cosa + pRT.y*sina;

63 pRTN.y = -pRT.x*sina + pRT.y*cosa;

64 pLBN.x = pLB.x*cosa + pLB.y*sina;

65 pLBN.y = -pLB.x*sina + pLB.y*cosa;

66 pRBN.x = pRB.x*cosa + pRB.y*sina;

67 pRBN.y = -pRB.x*sina + pRB.y*cosa;

68 //旋转后图像宽和高

69 int desWidth = max(abs(pRBN.x - pLTN.x),abs(pRTN.x - pLBN.x));

70 int desHeight = max(abs(pRBN.y - pLTN.y),abs(pRTN.y - pLBN.y));

71 //分配旋转后图像的缓存

72 int desBufSize = ((desWidth * bitCount + 31) / 32) * 4 * desHeight;

73 BYTE *desBuf = new BYTE[desBufSize];

74 //将所有像素都预置为白色

75 memset(desBuf,255,desBufSize);

76 //新图像每一行字节数,带有偏移量

77 int desLineSize = ((desWidth * bitCount + 31) / 32) * 4;

78 //通过新图像的坐标,计算对应的原图像的坐标

79 for (i = 0; i < desHeight; i++)

80 {

81 for (j = 0; j < desWidth; j++)

82 {

83 //转换到以图像为中心的坐标系,并进行逆旋转

84 int tX = (j - desWidth / 2)*cos(RADIAN(360 - angle)) + (-i + desHeight / 2)*sin(RADIAN(360 - angle));

85 int tY = -(j - desWidth / 2)*sin(RADIAN(360 - angle)) + (-i + desHeight / 2)*cos(RADIAN(360 - angle));

86 //如果这个坐标不在原图像内,则不赋值

87 if (tX > srcW / 2 || tX < -srcW / 2 || tY > srcH / 2 ||

tY < -srcH / 2)

88 {

89 continue;

90 }

91 //再转换到原坐标系下

92 int tXN = tX + srcW / 2; int tYN = abs(tY - srcH / 2);

93 //值拷贝

94 memcpy(&desBuf[i * desLineSize + j * bitCount /

8],&srcBuf[tYN * lineSize + tXN * bitCount / 8],3);

95 }

96 }

97

98 //创建目标文件

99 HFILE hfile = lcreat(desFile.cstr(),0);

100 //文件头信息

101 BITMAPFILEHEADER nbmfHeader;

102 nbmfHeader.bfType = 0x4D42;

103 nbmfHeader.bfSize = sizeof(BITMAPFILEHEADER) +

sizeof(BITMAPINFOHEADER)

104 + desWidth * desHeight * bitCount / 8;

105 nbmfHeader.bfReserved1 = 0;

106 nbmfHeader.bfReserved2 = 0;

107 nbmfHeader.bfOffBits = sizeof(BITMAPFILEHEADER) +

sizeof(BITMAPINFOHEADER);

108 //Bitmap头信息

109 BITMAPINFOHEADER bmi;

110 bmi.biSize=sizeof(BITMAPINFOHEADER);

111 bmi.biWidth=desWidth;

112 bmi.biHeight=desHeight;

113 bmi.biPlanes=1;

114 bmi.biBitCount=bitCount;

115 bmi.biCompression=BIRGB;

116 bmi.biSizeImage=0;

117 bmi.biXPelsPerMeter=0;

118 bmi.biYPelsPerMeter=0;

119 bmi.biClrUsed=0;

120 bmi.biClrImportant=0;

121

122 //写入文件头信息

123 lwrite(hfile,(LPCSTR)&nbmfHeader,sizeof(BITMAPFILEHEADER)); 124 //写入Bitmap头信息

125 lwrite(hfile,(LPCSTR)&bmi,sizeof(BITMAPINFOHEADER));

126 //写入图像数据

127 lwrite(hfile,(LPCSTR)desBuf,desBufSize);

128 lclose(hfile);

129 }

130

131 int main(int argc, char* argv[])

132 {

133 FILE *pFile;

134 if ((pFile = fopen("e：//t.bmp","rb")) == NULL)

135 {

136 printf("open bmp file error.");

137 return -1;

138 }

139 string srcFile("e：//t.bmp");

140 string desFile("e：//Rotation.bmp");

141 Rotation(srcFile,desFile,150);

142 system("pause");

143 return 0;

144 }

测试效果如下,旋转前：

旋转后：