作者：FPGA入门到精通
图像的镜像变换是图像处理中一种基本的几何变换操作，它涉及将图像沿着一个或多个坐标轴进行翻转。
本文将详细介绍图像镜像算法的基本原理、Python实现以及FPGA实现。
一、图像镜像算法知识
图像镜像算法包括水平镜像、垂直镜像和对角镜像。
下面的数学计算，均以图像的左上角顶点为原点，图像的宽为W，图像的高为H，设原始图像的任意点为P0(x0,y0)，变换后的新点为P(x,y)，记w = W - 1，h = H -1。
注意数学公式里，为什么是H-1、W-1？，因为图像的原点是（0, 0），即都是从0开始。
1、水平镜像
在水平镜像变换中，图像的每个点关于y轴（即垂直轴）进行翻转。
变换后，图像的左半部分和右半部分互为镜像。
用数学公式表示，则变换式为
y = y0、x = w - x0
矩阵变换公式为
2、垂直镜像
与水平镜像相对，垂直镜像变换是将图像的每个点关于x轴（即水平轴）进行翻转。
变换后，图像的上半部分和下半部分互为镜像。
用数学公式表示，则变换式为
y = h -y0、x = x0
矩阵变换公式为
3、对角镜像
对角镜像变换同时沿着x轴和y轴翻转图像，也就水平垂直镜像。
变换后，图像的每个点都将映射到其关于图像中心点对称的位置。
用数学公式表示，则变换式为
y = h -y0、x = w - x0
矩阵变换公式为
二、Python实现
直接调用矩阵运算变换即可实现。
1、源代码
import cv2
import numpy as np
img = cv2.imread('test1.png')
h, w, c = img.shape
fliped_x_image = np.zeros((h, w, 3), dtype=np.uint8)
fliped_y_image = np.zeros((h, w, 3), dtype=np.uint8)
fliped_xy_image = np.zeros((h, w, 3), dtype=np.uint8)
# 水平镜像
flip_matrix = np.array([[-1, 0, 0], [0, 1, 0], [w - 1, 0, 1]])
for y in range(h):
for x in range(w):
flip_x, flip_y, _ = np.dot([x, y, 1], flip_matrix)
fliped_x_image[flip_y, flip_x] = img[y, x]
# 垂直镜像
flip_matrix = np.array([[1, 0, 0], [0, -1, 0], [0, h - 1, 1]])
for y in range(h):
for x in range(w):
flip_x, flip_y, _ = np.dot([x, y, 1], flip_matrix)
fliped_y_image[flip_y, flip_x] = img[y, x]
# 对角镜像
flip_matrix = np.array([[1, 0, 0], [0, -1, 0], [0, h - 1, 1]])
for y in range(h):
for x in range(w):
flip_x, flip_y, _ = np.dot([x, y, 1], flip_matrix)
fliped_xy_image[flip_y, flip_x] = img[y, x]
# 显示图像
cv2.namedWindow("orignal", 0)
cv2.resizeWindow("orignal", 300, 180) # 设置窗口大小
cv2.namedWindow("hor_flip", 0)
cv2.resizeWindow("hor_flip", 300, 180) # 设置窗口大小
cv2.namedWindow("ver_flip", 0)
cv2.resizeWindow("ver_flip", 300, 180) # 设置窗口大小
cv2.namedWindow("diag_flip", 0)
cv2.resizeWindow("diag_flip", 300, 180) # 设置窗口大小
cv2.imshow('orignal', img)
cv2.imshow('hor_flip', fliped_x_image)
cv2.imshow('ver_flip', fliped_y_image)
cv2.imshow('diag_flip', fliped_xy_image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()2、测试结果图像
三、FPGA实现
FPGA实现镜像变换算法，需要使用行缓存和帧缓存，从缓存中读取数据时，按照变换公式，计算读地址逻辑即可，这里分享下FPGA设计思路。
1、水平镜像
水平镜像，只涉及水平方向的数据顺序变换，只需要两个行缓存即可实现，读取地址不是顺序的，只能使用BRAM或URAM资源实现。
关键逻辑：乒乓操作，使用两个行缓存，写入数据时，按照一行数据从左到右依次写入，读取数据时，按照从右到左的逆序读数据即可。
源码暂不分享，可以看下FPGA实现效果：
2、垂直镜像
垂直镜像，涉及垂直方向的数据顺序变换，需要两个帧缓存即可实现，可以使用DDR实现。
关键逻辑：乒乓操作，使用两个帧缓存，写入数据时，按照从上到下依次写入每行数据，读取数据时，按照从下到上逆序读取每行数据。
源码暂不分享，可以看下FPGA实现效果：
3、对角镜像
对角镜像，涉及垂直方向和水平方向的数据顺序变换，只需要两个帧缓存即可实现，可以使用DDR实现。
关键逻辑：乒乓操作，使用两个帧缓存，写入数据时，按照从上到下依次写入每行数据，读取数据时，按照从下到上逆序读取每行数据，而且读取每行数据时，都是按照从右到左的顺序读取。
源码暂不分享，可以看下FPGA实现效果：
