详解如何在pyqt中通过OpenCV实现对窗口的透视变换

作者:之一Yo 时间:2021-11-04 07:10:13 

窗口的透视变换效果

   当我们点击Win10的UWP应用中的小部件时,会发现小部件会朝着鼠标点击位置凹陷下去,而且不同的点击位置对应着不同的凹陷情况,看起来就好像小部件在屏幕上不只有x轴和y轴,甚至还有一个z轴。要做到这一点,其实只要对窗口进行透视变换即可。下面是对Qt的窗口和按钮进行透视变换的效果:

详解如何在pyqt中通过OpenCV实现对窗口的透视变换

具体代码

   1.下面先定义一个类,它的作用是将传入的 QPixmap 转换为numpy 数组,然后用 opencvwarpPerspective 对数组进行透视变换,最后再将 numpy 数组转为 QPixmap 并返回;


# coding:utf-8

import cv2 as cv
import numpy
from PyQt5.QtGui import QImage, QPixmap

class PixmapPerspectiveTransform:
""" 透视变换基类 """

def __init__(self, pixmap=None):
 """ 实例化透视变换对象\n
 Parameter
 ---------
 src : numpy数组 """
 self.pixmap = pixmap

def setPixmap(self, pixmap: QPixmap):
 """ 设置被变换的QPixmap """
 self.pixmap = QPixmap
 self.src=self.transQPixmapToNdarray(pixmap)
 self.height, self.width = self.src.shape[:2]
 # 变换前后的边角坐标
 self.srcPoints = numpy.float32(
  [[0, 0], [self.width - 1, 0], [0, self.height - 1],
   [self.width - 1, self.height - 1]])

def setDstPoints(self, leftTop: list, rightTop, leftBottom, rightBottom):
 """ 设置变换后的边角坐标 """
 self.dstPoints = numpy.float32(
  [leftTop, rightTop, leftBottom, rightBottom])

def getPerspectiveTransform(self, imWidth, imHeight, borderMode=cv.BORDER_CONSTANT, borderValue=[255, 255, 255, 0]) -> QPixmap:
 """ 透视变换图像,返回QPixmap\n
 Parameters
 ----------
 imWidth : 变换后的图像宽度\n
 imHeight : 变换后的图像高度\n
 borderMode : 边框插值方式\n
 borderValue : 边框颜色
 """
 # 如果是jpg需要加上一个透明通道
 if self.src.shape[-1] == 3:
  self.src = cv.cvtColor(self.src, cv.COLOR_BGR2BGRA)
 # 透视变换矩阵
 perspectiveMatrix = cv.getPerspectiveTransform(
  self.srcPoints, self.dstPoints)
 # 执行变换
 self.dst = cv.warpPerspective(self.src, perspectiveMatrix, (
  imWidth, imHeight), borderMode=borderMode, borderValue=borderValue)
 # 将ndarray转换为QPixmap
 return self.transNdarrayToQPixmap(self.dst)

def transQPixmapToNdarray(self, pixmap: QPixmap):
 """ 将QPixmap转换为numpy数组 """
 width, height = pixmap.width(), pixmap.height()
 channels_count = 4
 image = pixmap.toImage() # type:QImage
 s = image.bits().asstring(height * width * channels_count)
 # 得到BGRA格式数组
 array = numpy.fromstring(s, numpy.uint8).reshape(
  (height, width, channels_count))
 return array

def transNdarrayToQPixmap(self, array):
 """ 将numpy数组转换为QPixmap """
 height, width, bytesPerComponent = array.shape
 bytesPerLine = 4 * width
 # 默认数组维度为 m*n*4
 dst = cv.cvtColor(array, cv.COLOR_BGRA2RGBA)
 pix = QPixmap.fromImage(
  QImage(dst.data, width, height, bytesPerLine, QImage.Format_RGBA8888))
 return pix

  2.接下来就是这篇博客的主角——PerspectiveWidget,当我们的鼠标单击这个类实例化出来的窗口时,窗口会先通过 self.grab() 被渲染为QPixmap,然后调用 PixmapPerspectiveTransform 中的方法对QPixmap进行透视变换,拿到透视变换的结果后只需隐藏窗口内的小部件并通过 PaintEvent 将结果绘制到窗口上即可。虽然思路很通顺,但是实际操作起来会发现对于透明背景的窗口进行透视变换时,与透明部分交界的部分会 * 值上半透明的像素。对于本来就属于深色的像素来说这没什么,但是如果像素是浅色的就会带来很大的视觉干扰,你会发现这些浅色部分旁边被描上了一圈黑边,我们先将这个图像记为img_1。img_1差不多长这个样子,可以很明显看出白色的文字围绕着一圈黑色的描边。

详解如何在pyqt中通过OpenCV实现对窗口的透视变换

为了解决这个烦人的问题,我又对桌面上的窗口进行截屏,再次透视变换。注意是桌面上看到的窗口,这时的窗口肯定是会有背景的,这时的透视变换就不会存在上述问题,记这个透视变换完的图像为img_2。但实际上我们本来是不想要img_2中的背景的,所以只要将img_2中的背景替换完img_1中的透明背景,下面是具体代码:


# coding:utf-8

import numpy as np

from PyQt5.QtCore import QPoint, Qt
from PyQt5.QtGui import QPainter, QPixmap, QScreen, QImage
from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QWidget

from my_functions.get_pressed_pos import getPressedPos
from my_functions.perspective_transform_cv import PixmapPerspectiveTransform

class PerspectiveWidget(QWidget):
""" 可进行透视变换的窗口 """

def __init__(self, parent=None, isTransScreenshot=False):
 super().__init__(parent)
 self.__visibleChildren = []
 self.__isTransScreenshot = isTransScreenshot
 self.__perspectiveTrans = PixmapPerspectiveTransform()
 self.__screenshotPix = None
 self.__pressedPix = None
 self.__pressedPos = None

@property
def pressedPos(self) -> str:
 """ 返回鼠标点击位置 """
 return self.__pressedPos

def mousePressEvent(self, e):
 """ 鼠标点击窗口时进行透视变换 """
 super().mousePressEvent(e)
 self.grabMouse()
 pixmap = self.grab()
 self.__perspectiveTrans.setPixmap(pixmap)
 # 根据鼠标点击位置的不同设置背景封面的透视变换
 self.__setDstPointsByPressedPos(getPressedPos(self,e))
 # 获取透视变换后的QPixmap
 self.__pressedPix = self.__getTransformPixmap()
 # 对桌面上的窗口进行截图
 if self.__isTransScreenshot:
  self.__adjustTransformPix()
 # 隐藏本来看得见的小部件
 self.__visibleChildren = [
  child for child in self.children() if hasattr(child, 'isVisible') and child.isVisible()]
 for child in self.__visibleChildren:
  if hasattr(child, 'hide'):
   child.hide()
 self.update()

def mouseReleaseEvent(self, e):
 """ 鼠标松开时显示小部件 """
 super().mouseReleaseEvent(e)
 self.releaseMouse()
 self.__pressedPos = None
 self.update()
 # 显示小部件
 for child in self.__visibleChildren:
  if hasattr(child, 'show'):
   child.show()

def paintEvent(self, e):
 """ 绘制背景 """
 super().paintEvent(e)
 painter = QPainter(self)
 painter.setRenderHints(QPainter.Antialiasing | QPainter.HighQualityAntialiasing |
       QPainter.SmoothPixmapTransform)
 painter.setPen(Qt.NoPen)
 # 绘制背景图片
 if self.__pressedPos:
  painter.drawPixmap(self.rect(), self.__pressedPix)

def __setDstPointsByPressedPos(self,pressedPos:str):
 """ 通过鼠标点击位置设置透视变换的四个边角坐标 """
 self.__pressedPos = pressedPos
 if self.__pressedPos == 'left':
  self.__perspectiveTrans.setDstPoints(
   [5, 4], [self.__perspectiveTrans.width - 2, 1],
   [3, self.__perspectiveTrans.height - 3],
   [self.__perspectiveTrans.width - 2, self.__perspectiveTrans.height - 1])
 elif self.__pressedPos == 'left-top':
  self.__perspectiveTrans.setDstPoints(
   [6, 5], [self.__perspectiveTrans.width - 1, 1],
   [1, self.__perspectiveTrans.height - 2],
   [self.__perspectiveTrans.width - 2, self.__perspectiveTrans.height - 1])
 elif self.__pressedPos == 'left-bottom':
  self.__perspectiveTrans.setDstPoints(
   [2, 3], [self.__perspectiveTrans.width - 3, 0],
   [4, self.__perspectiveTrans.height - 4],
   [self.__perspectiveTrans.width - 2, self.__perspectiveTrans.height - 2])
 elif self.__pressedPos == 'top':
  self.__perspectiveTrans.setDstPoints(
   [3, 5], [self.__perspectiveTrans.width - 4, 5],
   [1, self.__perspectiveTrans.height - 2],
   [self.__perspectiveTrans.width - 2, self.__perspectiveTrans.height - 2])
 elif self.__pressedPos == 'center':
  self.__perspectiveTrans.setDstPoints(
   [3, 4], [self.__perspectiveTrans.width - 4, 4],
   [3, self.__perspectiveTrans.height - 3],
   [self.__perspectiveTrans.width - 4, self.__perspectiveTrans.height - 3])
 elif self.__pressedPos == 'bottom':
  self.__perspectiveTrans.setDstPoints(
   [2, 2], [self.__perspectiveTrans.width - 3, 3],
   [3, self.__perspectiveTrans.height - 3],
   [self.__perspectiveTrans.width - 4, self.__perspectiveTrans.height - 3])
 elif self.__pressedPos == 'right-bottom':
  self.__perspectiveTrans.setDstPoints(
   [1, 0], [self.__perspectiveTrans.width - 3, 2],
   [1, self.__perspectiveTrans.height - 2],
   [self.__perspectiveTrans.width - 5, self.__perspectiveTrans.height - 4])
 elif self.__pressedPos == 'right-top':
  self.__perspectiveTrans.setDstPoints(
   [0, 1], [self.__perspectiveTrans.width - 7, 5],
   [2, self.__perspectiveTrans.height - 1],
   [self.__perspectiveTrans.width - 2, self.__perspectiveTrans.height - 2])
 elif self.__pressedPos == 'right':
  self.__perspectiveTrans.setDstPoints(
   [1, 1], [self.__perspectiveTrans.width - 6, 4],
   [2, self.__perspectiveTrans.height - 1],
   [self.__perspectiveTrans.width - 4, self.__perspectiveTrans.height - 3])

def __getTransformPixmap(self) -> QPixmap:
 """ 获取透视变换后的QPixmap """
 pix = self.__perspectiveTrans.getPerspectiveTransform(
  self.__perspectiveTrans.width, self.__perspectiveTrans.height).scaled(
   self.size(), Qt.KeepAspectRatio, Qt.SmoothTransformation)
 return pix

def __getScreenShot(self) -> QPixmap:
 """ 对窗口口所在的桌面区域进行截图 """
 screen = QApplication.primaryScreen() # type:QScreen
 pos = self.mapToGlobal(QPoint(0, 0)) # type:QPoint
 pix = screen.grabWindow(
  0, pos.x(), pos.y(), self.width(), self.height())
 return pix

def __adjustTransformPix(self):
 """ 对窗口截图再次进行透视变换并将两张图融合,消除可能存在的黑边 """
 self.__screenshotPix = self.__getScreenShot()
 self.__perspectiveTrans.setPixmap(self.__screenshotPix)
 self.__screenshotPressedPix = self.__getTransformPixmap()
 # 融合两张透视图
 img_1 = self.__perspectiveTrans.transQPixmapToNdarray(self.__pressedPix)
 img_2 = self.__perspectiveTrans.transQPixmapToNdarray(self.__screenshotPressedPix)
 # 去除非透明背景部分  
 mask = img_1[:, :, -1] == 0
 img_2[mask] = img_1[mask]
 self.__pressedPix = self.__perspectiveTrans.transNdarrayToQPixmap(img_2)

mousePressEvent中调用了一个全局函数 getPressedPos(widget,e) ,如果将窗口分为九宫格,它就是用来获取判断鼠标的点击位置落在九宫格的哪个格子的,因为我在其他地方有用到它,所以没将其设置为PerspectiveWidget的方法成员。下面是这个函数的代码:


# coding:utf-8

from PyQt5.QtGui import QMouseEvent

def getPressedPos(widget, e: QMouseEvent) -> str:
""" 检测鼠标并返回按下的方位 """
pressedPos = None
width = widget.width()
height = widget.height()
leftX = 0 <= e.x() <= int(width / 3)
midX = int(width / 3) < e.x() <= int(width * 2 / 3)
rightX = int(width * 2 / 3) < e.x() <= width
topY = 0 <= e.y() <= int(height / 3)
midY = int(height / 3) < e.y() <= int(height * 2 / 3)
bottomY = int(height * 2 / 3) < e.y() <= height
# 获取点击位置
if leftX and topY:
 pressedPos = 'left-top'
elif midX and topY:
 pressedPos = 'top'
elif rightX and topY:
 pressedPos = 'right-top'
elif leftX and midY:
 pressedPos = 'left'
elif midX and midY:
 pressedPos = 'center'
elif rightX and midY:
 pressedPos = 'right'
elif leftX and bottomY:
 pressedPos = 'left-bottom'
elif midX and bottomY:
 pressedPos = 'bottom'
elif rightX and bottomY:
 pressedPos = 'right-bottom'
return pressedPos

使用方法

   很简单,只要将代码中的QWidget替换为PerspectiveWidget就可以享受透视变换带来的无尽乐趣。要想向gif中那样对按钮也进行透视变换,只要按代码中所做的那样重写mousePressEventmouseReleaseEventpaintEvent 即可,如果有对按钮使用qss,记得在paintEvent中加上super().paintEvent(e),这样样式表才会起作用。总之框架已经给出,具体操作取决于你。如果你喜欢这篇博客的话,记得点个赞哦(o゚▽゚)o 。顺便做个下期预告:在gif中可以看到界面切换时带了弹入弹出的动画,在下一篇博客中我会对如何实现QStackedWidget的界面切换动画进行介绍,敬请期待~~

来源:https://blog.csdn.net/zhiyiYo/article/details/108671495

标签:pyqt,OpenCV,窗口透视变换
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