图片旋转

对图像提取特征首先需要使用某种方法提取图片兴趣点，因为兴趣点仅仅是一个像素点，因此很难使用某种方法表示它使其具备差别性及鲁棒性，因此一般我们对兴趣点领域进行处理，将结果作为兴趣点的特征表示。

在提取特征前，会对兴趣点领域估计一个主方向，然后根据主方向对领域进行旋转，获得最终领域。获得主方向的方法有很多种方法：

  1、max 法，计算兴趣点的dx,dy，求max(dx,dy)

  2、类sift法，计算领域中每个像素的方向然后进行投票，取最大值方法作为领域的主方向

  3、灰度重心法，分别计算x,y方向的图像不变矩m10,m01，theta = atan(m01,m10）

 

接下来主要介绍如何对patch块进行旋转。

（x,y）旋转theta角度，结果为（rotate_x,rotate_y)

旋转矩阵M = [ cosin(theta) -sin(theta)

　　　　　　sin(theta) cosin(theta) ]

那么 （rotate_x , rotate_y ) = M*(x,y);

即rotate_x = x*cosin(theta) - y*sin(theta)

rotate_y = x*sin(theta)＋y*cosin(theta)

 

根据以上方法，我们遍历原patch块中的所有像素，计算其旋转后的坐标，即得旋转图片。

inline void rotatedImage(double descriptor_dir,
    const cv::KeyPoint& kpt,
    const cv::Mat& img,
    const int& patch_size,
    const cv::Mat &rotateImg
    )
{


    descriptor_dir *= (float)(CV_PI/180);
    float sin_dir = sin(descriptor_dir);
    float cos_dir = cos(descriptor_dir);
    float win_offset = (int)(patch_size/2);
    
    for(int i = 0; i < patch_size; i++){
    
        for(int j = 0; j < patch_size; j++){
            float pixel_x = j*cos_dir - i*sin_dir;
            float pixel_y = j*sin_dir + i*cos_dir;
            int x = (int)(pixel_x + 0.5);
            int y = (int)(pixel_y + 0.5);
            rotateImg.at<unsigned char>(i, j) = img.at<unsigned char>(y, x);
        }
    }
}

可以看出根据以上算法计算旋转图片比较耗时，每个像素都需要使用4次乘法操作以四次加减法操作。每个图片的兴趣一般超过100个，因此对效率影响非常大。

我们对图片从左到右从上到下一一进行遍历，因此前一个处理的像素坐标与后一个像素坐标相关，那么旋转后的坐标也与前一个像素旋转后的坐标也相关。

（x+1 , y )*M = (rotate_x+1, rotatey_y)

rotate_x+1 = (x+1) cosin(theta) - y*sin(theta) = x*cosin(theta) -y*sin(theta) + cosin(theta)

rotate_y  =(x+1 ) sin(theta) + y*cosin(theta ) = x*sin(theta) + y*cosin(theta) +sin(theta)

即 （x+1 , y )*M = (x,y)*M +(cosin(theta), sin(theta) )

同理（x,y+1)*M =(x,y)*M +(-sin(theta) ,cosin(theta));

 

inline void rotatedImage(double descriptor_dir,//旋转角度
    const cv::KeyPoint& kpt,//兴趣点
    const cv::Mat& img,//图片
    const int& patch_size,//领域patch块大小
    cv::Mat & rotateImg//旋转后的patch块
    )
{

    
    descriptor_dir *= (float)(CV_PI/180);
    float sin_dir = sin(descriptor_dir);
    float cos_dir = cos(descriptor_dir);
    float win_offset = (int)(patch_size/2);
    
    
    float start_x = kpt.pt.x - win_offset*cos_dir + win_offset*sin_dir;
    float start_y = kpt.pt.y - win_offset*sin_dir - win_offset*cos_dir;

    for(int i = 0; i < patch_size; i++, start_x -= sin_dir, start_y += cos_dir){
        float pixel_x = start_x;
        float pixel_y = start_y;
        for(int j = 0; j < patch_size; j++, pixel_x += cos_dir, pixel_y += sin_dir){
            int x = (int)(pixel_x + 0.5);
            int y = (int)(pixel_y + 0.5);
            rotateImg.at<unsigned char>(i, j) = img.at<unsigned char>(y, x);
        }
    }
}