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使用 OpenCV 实现万花筒效果

backend 2025/5/21 5:56:01

万花筒效果（Kaleidoscope Effect）是一种图像处理效果，通过对图像进行对称旋转或镜像处理，产生具有多重反射和对称的艺术效果。它常用于视频编辑、视觉艺术、游戏设计等领域，为图像添加富有创意和视觉冲击力的效果。

在这篇文章中，我们将介绍如何使用 OpenCV 实现万花筒效果，通过截取一个图像扇形区域并进行旋转与镜像拼接，构建出万花筒的视觉效果。

1. 万花筒效果的原理

万花筒效果的基本原理是将一张图像分成多个对称的扇形部分，然后将这些扇形部分旋转和镜像拼接，最终形成一个完整的对称图案。我们可以按以下步骤操作：

获取图像中心点，作为对称的中心。
提取一个扇形区域，例如60°的扇形，确保图像的一部分是对称且有规律的。
旋转并镜像：通过旋转和镜像操作，将扇形区域重复多个次，形成完整的图像。
拼接成万花筒效果：将旋转后的扇形拼接起来，形成360°的圆形图案。

2. 使用 OpenCV 实现万花筒效果

步骤 1：导入必要的库

首先，我们需要导入 OpenCV 和 NumPy 库。OpenCV 用于图像处理，NumPy 用于数组操作。

import cv2 import numpy as np import math

步骤 2：实现 FrameObject 类

在我们的代码中，实现了一个 FrameObject 类，该类包含一个 do 方法，用于处理图像并生成万花筒效果，可迅速集成到PiscTrace。

步骤 3：图像处理步骤解析

创建掩膜：我们使用 cv2.fillConvexPoly 来创建一个 60° 的扇形掩膜。通过 math.radians(a) 将角度转换为弧度，然后计算出每个扇形点的坐标。
提取扇形区域：使用 cv2.bitwise_and 函数，从原图中提取出与掩膜重合的部分。
旋转与镜像：在循环中，我们通过 cv2.getRotationMatrix2D 生成旋转矩阵，并使用 cv2.warpAffine 执行旋转。同时，偶数段的扇形会使用 cv2.flip 函数进行水平翻转，以产生镜像效果。
拼接图像：通过 cv2.bitwise_or 将每次旋转后的扇形合并到输出图像中，最终形成完整的万花筒效果。

步骤 4：展示结果

最后，我们可以通过 OpenCV 显示图像来查看万花筒效果。

普通裁剪

import cv2
import numpy as np
import mathclass FrameObject:def __init__(self):passdef do(self, frame, device=None):h, w = frame.shape[:2]center = (w // 2, h // 2)radius = min(center[0], center[1])# 创建空画布output = np.zeros_like(frame)# 扇形角度angle = 60num_segments = 360 // angle# 创建一个扇形掩膜（60度）mask = np.zeros((h, w), dtype=np.uint8)pts = [center]for a in range(0, angle + 1):rad = math.radians(a)x = int(center[0] + radius * math.cos(rad))y = int(center[1] - radius * math.sin(rad))pts.append((x, y))cv2.fillConvexPoly(mask, np.array(pts, dtype=np.int32), 255)# 提取原图中对应的扇形区域sector = cv2.bitwise_and(frame, frame, mask=mask)# 将扇形旋转并拼接for i in range(num_segments):M = cv2.getRotationMatrix2D(center, -i * angle, 1.0)rotated = cv2.warpAffine(sector, M, (w, h))output = cv2.bitwise_or(output, rotated)return output

3. 扩展与优化

动态调整角度：通过修改 angle 的值，您可以控制每个扇形的大小，例如调整为 45° 或 30°，从而改变最终的图像效果。
实时视频流：如果您希望在视频流中应用万花筒效果，可以通过 OpenCV 捕获视频帧并实时处理。可以结合 cv2.VideoCapture 和 cv2.VideoWriter 来处理实时视频流并保存结果。
颜色和光效：可以在每个扇形区域上应用颜色叠加、模糊、对比度增强等效果，使万花筒的视觉效果更为丰富。

镜像裁剪

import cv2
import numpy as np
import mathclass FrameObject:def __init__(self):passdef do(self, frame, device=None):h, w = frame.shape[:2]center = (w // 2, h // 2)radius = min(center[0], center[1])angle = 60num_segments = 360 // angle# 1. 创建一个60°扇形掩膜mask = np.zeros((h, w), dtype=np.uint8)pts = [center]for a in range(0, angle + 1):rad = math.radians(a)x = int(center[0] + radius * math.cos(rad))y = int(center[1] - radius * math.sin(rad))pts.append((x, y))cv2.fillConvexPoly(mask, np.array(pts, dtype=np.int32), 255)# 2. 提取原图的扇形区域sector = cv2.bitwise_and(frame, frame, mask=mask)# 3. 初始化输出图像output = np.zeros_like(frame)# 4. 拼接镜像扇形片段for i in range(num_segments):rotated_sector = sector.copy()# 偶数片做水平翻转if i % 2 == 1:rotated_sector = cv2.flip(rotated_sector, 1)# 旋转到对应角度M = cv2.getRotationMatrix2D(center, -i * angle, 1.0)rotated = cv2.warpAffine(rotated_sector, M, (w, h))# 合并到输出图像output = cv2.bitwise_or(output, rotated)return output