矩阵A与矩阵B能进行乘法操作的条件:
当矩阵A的列数等于矩阵B的行数时,A与B可以相乘。矩阵C的行数等于矩阵A的行数,C的列数等于B的列数。乘积C的第 i 行第 j 列的元素C ij等于矩阵A的第 i 行的元素与矩阵B的第 j 列对应元素乘积之和。例如:
一、 平移变换
假定有一个点的坐标是 ,将其移动到 ,再假定在x轴和y轴方向移动的大小分别为:
如下图所示:
不难知道:
如果用矩阵来表示的话,就可以写成:
二、 旋转变换
2.1 围绕坐标原点旋转:
假定有一个点 ,相对坐标原点顺时针旋转后的情形,同时假定P点离坐标原点的距离为r,如下图:
那么,
如果用矩阵,就可以表示为:
2.2 围绕某个点旋转
如果是围绕某个点顺时针旋转,那么可以用矩阵表示为:
可以化为:
很显然,
1.
是将坐标原点移动到点后, 的新坐标。
2.
是将上一步变换后的,围绕新的坐标原点顺时针旋转 。
3.
经过上一步旋转变换后,再将坐标原点移回到原来的坐标原点。
所以,围绕某一点进行旋转变换,可以分成3个步骤,即首先将坐标原点移至该点,然后围绕新的坐标原点进行旋转变换,再然后将坐标原点移回到原先的坐标原点。
三、 缩放变换
理论上而言,一个点是不存在什么缩放变换的,但考虑到所有图像都是由点组成,因此,如果图像在x轴和y轴方向分别放大k1和k2倍的话,那么图像中的所有点的x坐标和y坐标均会分别放大k1和k2倍,即
用矩阵表示就是:
如果想让它基于图片中心缩放,应该该怎么办?我们上一篇文章也说过了,要用到组合变换,
1)先将图片由中心平移到原点,这是应用变换 T
2)对图应用缩放变换 S
3)再将图片平移回到中心,应用变换 -T
下面给出它们的组合变换的公式:
四、 错切变换
错切变换(skew)在数学上又称为Shear mapping(可译为“剪切变换”)或者Transvection(缩并),它是一种比较特殊的线性变换。错切变换的效果就是让所有点的x坐标(或者y坐标)保持不变,而对应的y坐标(或者x坐标)则按比例发生平移,且平移的大小和该点到x轴(或y轴)的垂直距离成正比。错切变换,属于等面积变换,即一个形状在错切变换的前后,其面积是相等的。
比如下图,各点的y坐标保持不变,但其x坐标则按比例发生了平移。这种情况将水平错切。
下图各点的x坐标保持不变,但其y坐标则按比例发生了平移。这种情况叫垂直错切。
假定一个点经过错切变换后得到,对于水平错切而言,应该有如下关系:
用矩阵表示就是:
扩展到3 x 3的矩阵就是下面这样的形式:
同理,对于垂直错切,可以有:
在数学上严格的错切变换就是上面这样的。在Android中除了有上面说到的情况外,还可以同时进行水平、垂直错切,那么形式上就是:
五、 对称变换
除了上面讲到的4中基本变换外,事实上,我们还可以利用Matrix,进行对称变换。所谓对称变换,就是经过变化后的图像和原图像是关于某个对称轴是对称的。比如,某点 经过对称变换后得到,
如果对称轴是x轴,难么,
用矩阵表示就是:
如果对称轴是y轴,那么,
用矩阵表示就是:
如果对称轴是y = x,如图:
那么,
很容易可以解得:
用矩阵表示就是:
同样的道理,如果对称轴是y = -x,那么用矩阵表示就是:
特殊地,如果对称轴是y = kx,如下图:
那么,
很容易可解得:
用矩阵表示就是:
当k = 0时,即y = 0,也就是对称轴为x轴的情况;当k趋于无穷大时,即x = 0,也就是对称轴为y轴的情况;当k =1时,即y = x,也就是对称轴为y = x的情况;当k = -1时,即y = -x,也就是对称轴为y = -x的情况。不难验证,这和我们前面说到的4中具体情况是相吻合的。
如果对称轴是y = kx + b这样的情况,只需要在上面的基础上增加两次平移变换即可,即先将坐标原点移动到(0, b),然后做上面的关于y = kx的对称变换,再然后将坐标原点移回到原来的坐标原点即可。用矩阵表示大致是这样的:
需要特别注意:在实际编程中,我们知道屏幕的y坐标的正向和数学中y坐标的正向刚好是相反的,所以在数学上y = x和屏幕上的y = -x才是真正的同一个东西,反之亦然。也就是说,如果要使图片在屏幕上看起来像按照数学意义上y = x对称,那么需使用这种转换:
要使图片在屏幕上看起来像按照数学意义上y = -x对称,那么需使用这种转换:
关于对称轴为y = kx 或y = kx + b的情况,同样需要考虑这方面的问题。
参考api:
/** * Postconcats the matrix with the specified translation. * M' = T(dx, dy) * M */ public boolean postTranslate(float dx, float dy) { return native_postTranslate(native_instance, dx, dy); }
Matrix中set、pre、post运算顺序
1、setScale(sx,sy),首先会将该Matrix设置为对角矩阵,即相当于调用reset()方法,然后在设置该Matrix的MSCALE_X和MSCALE_Y直接设置为sx,sy的值
2、preScale(sx,sy),不会重置Matrix,而是直接与Matrix之前的MSCALE_X和MSCALE_Y值结合起来(相乘),M' = M * S(sx, sy)。
3、postScale(sx,sy),不会重置Matrix,而是直接与Matrix之前的MSCALE_X和MSCALE_Y值结合起来(相乘),M' = S(sx, sy) * M。
Matrix matrix = new Matrix(); float[] points = new float[] { 10.0f, 10.0f }; matrix.postScale(2.0f, 3.0f);// 第1步 matrix.preRotate(90);// 第2步 matrix.setScale(1.4f, 2.6f);// 第3步 matrix.postTranslate(8.0f, 7.0f);// 第4步 matrix.preScale(1.5f, 2.5f);// 第5步 matrix.mapPoints(points); Log.i("test", points[0] + ""); Log.i("test", points[1] + "");
结果为点坐标依旧为为(29.0,72.0)
经过计算,可以发现,在第3步setScale之前的第1、2步根本就没有用了,直接被第3步setScale覆盖,在从第3开始执行的。
顺序为2---1----3----5----4,因为2、1被覆盖了,所以没有效果,相当于直接执行3-----5----4
总结:最后可以得出结论,在对matrix该次变换之前的所有设置中,先检测有没有setScale,如果有,直接跳到setScale那一步开始执行变换,然后在倒着执行下面所有的pre...变换,在顺着执行所有post....的变换。所以在对Matrix变换设置的时候,一定要注意顺序,不同的顺序,会有不同的结果。
转载于:Matrix矩阵的图像处理