在計算機視覺和圖像處理領域，OpenCV 提供了非常強大的圖像幾何變換能力，不僅可以用于糾正圖像，還能制造各種“有趣”的視覺效果。今天，我們就來實現一個經典的“哈哈鏡”效果，讓圖像像在游樂園里一樣被拉伸、壓縮、扭曲，創造出令人發笑的面部或形體變形。

🎯 什么是“哈哈鏡”？

“哈哈鏡”是一種非線性扭曲鏡面，會在不同區域產生放大或縮小的視覺錯覺。我們可以用數學變換模擬出類似的效果，比如：

• 水平凹面/凸面：圖像左右邊緣被拉伸或收縮

• 垂直凹面/凸面：圖像上下邊緣被拉伸或壓縮

• 中心凹面/凸面：圖像向內或向外膨脹

• 水波擾動：從若干中心點向外擴散波紋，模擬水面晃動感

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🔧 技術實現原理

我們將使用 OpenCV 的 remap 函數，它允許我們通過兩個映射矩陣 map_x 和 map_y，定義每個輸出像素應該對應輸入圖像的哪個位置。

關鍵在于如何構造這兩個映射矩陣，讓它們產生扭曲效果。

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🧪 示例代碼：中心凸面效果（魚眼）

import cv2
import numpy as npdef funhouse_effect(frame):h, w = frame.shape[:2]map_y, map_x = np.indices((h, w), dtype=np.float32)# 計算圖像中心cx, cy = w // 2, h // 2# 構造相對坐標dx = map_x - cxdy = map_y - cyr = np.sqrt(dx**2 + dy**2)r_max = np.max(r)# 控制扭曲強度k = 0.0008  # 越大越扭曲（中心凸出）scale = 1 + k * (r**2)  # 非線性放大map_x = cx + dx * scalemap_y = cy + dy * scale# 保證映射范圍合法map_x = np.clip(map_x, 0, w - 1)map_y = np.clip(map_y, 0, h - 1)return cv2.remap(frame, map_x, map_y, interpolation=cv2.INTER_LINEAR)frame = cv2.imread("face.jpg")
output = funhouse_effect(frame)
cv2.imwrite("distorted.jpg", output)

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📚 多種哈哈鏡效果

你可以基于上面的思路實現更多效果：

效果類型	扭曲方式示意	說明
水平凹面	scale = 1 - k * ((x-cx)/cx)^2	中心寬、邊窄
垂直凸面	scale = 1 + k * ((y-cy)/cy)^2	中心鼓起
中心凹面	scale = 1 - k * r^2	邊緣大、中心小
隨機水波擾動	sin(r * 頻率 + 相位) 疊加擾動	水波紋起伏感

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🔄 通用框架：FrameObject 封裝

為了在實時視頻或處理多個幀時使用，我們可以封裝為如下類：

class FrameObject:def __init__(self):self.mode = 'random_wave'  # 選擇效果def do(self, frame, device):h, w = frame.shape[:2]map_y, map_x = np.indices((h, w), dtype=np.float32)cx, cy = w // 2, h // 2dx = map_x - cxdy = map_y - cyr = np.sqrt(dx**2 + dy**2)if self.mode == 'center_fisheye':scale = 1 + 0.0006 * (r**2)map_x = cx + dx * scalemap_y = cy + dy * scaleelif self.mode == 'horizontal_cave':scale = 1 - 0.0012 * ((dx / cx) ** 2)map_x = cx + dx * scalemap_y = map_yelif self.mode == 'random_wave':for _ in range(np.random.randint(1, 4)):wave_cx = np.random.randint(w // 4, 3 * w // 4)wave_cy = np.random.randint(h // 4, 3 * h // 4)ddx = map_x - wave_cxddy = map_y - wave_cyrr = np.sqrt(ddx**2 + ddy**2)phase = np.random.uniform(0, 2 * np.pi)displacement = 8 * np.sin(rr * 0.05 + phase)map_x += displacement * (ddx / (rr + 1e-6))map_y += displacement * (ddy / (rr + 1e-6))map_x = np.clip(map_x, 0, w - 1)map_y = np.clip(map_y, 0, h - 1)return cv2.remap(frame, map_x, map_y, interpolation=cv2.INTER_LINEAR, borderMode=cv2.BORDER_REFLECT)

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🎥 應用場景

• 互動鏡像設備（如景區搞笑自拍）

• 視頻濾鏡制作（社交媒體）

• 教學演示圖像幾何變換原理

• 圖像增強（用作數據增強的一種方式）

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🧠 總結

使用 OpenCV，我們可以輕松實現各種非線性圖像變換來模擬“哈哈鏡”效果。本質上是通過構建合適的映射矩陣 map_x 和 map_y，來控制每個像素的位置變換。配合正弦波、極坐標縮放、指數函數等，你可以無限創造各種扭曲方式。

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如果你對某種特定變形方式感興趣，或者想將其用于實時視頻流、交互系統中，歡迎留言交流！🎉