Cv2.WarpAffine の使い方【OpenCV/C#（OpenCvSharp）】〜アフィン変換で画像を回転・平行移動する〜

Cv2.WarpAffine は、2×3のアフィン変換行列を使って画像を回転・平行移動・スケーリングなどの幾何変換を行う関数です。変換行列を差し替えるだけであらゆる線形変換に対応でき、画像の前処理ステップとして幅広く使われます。

最小の使い方はこのとおりです。

using var M = Cv2.GetRotationMatrix2D(new Point2f(cx, cy), angle, scale);
Cv2.WarpAffine(src, dst, M, dst.Size());

動作環境

• OpenCV 4.x（OpenCvSharp4）
• .NET 8 コンソールアプリ
• NuGet: OpenCvSharp4 + OpenCvSharp4.runtime.win（Windows実行時）

環境構築がまだの方は環境構築ガイドを先にどうぞ。

基本の使い方

画像を中心を軸に 45° 回転させる完全プログラムです。

using OpenCvSharp;

// 入力画像の読み込み
using var src = Cv2.ImRead("input.jpg", ImreadModes.Color);
if (src.Empty()) throw new Exception("画像を読み込めませんでした");

// 回転の基準点を画像中央に設定
var center = new Point2f(src.Width / 2f, src.Height / 2f);
double angle = 45.0;  // 回転角度（度）。正値で反時計回り
double scale = 1.0;   // スケール倍率

// 2×3 の回転行列を生成
using var M = Cv2.GetRotationMatrix2D(center, angle, scale);

// アフィン変換を適用
using var dst = new Mat();
Cv2.WarpAffine(
    src,                         // 入力画像
    dst,                         // 出力画像
    M,                           // 2×3 変換行列
    new Size(src.Width, src.Height), // 出力サイズ
    InterpolationFlags.Linear,   // 補間方法
    BorderTypes.Constant,        // 境界処理
    Scalar.Black                 // 境界色
);

Cv2.ImWrite("output_rotate45.jpg", dst);
Console.WriteLine("保存完了: output_rotate45.jpg");

実行すると、input.jpg を中心で 45° 回転した画像が output_rotate45.jpg に保存されます。画像の角は黒で塗りつぶされます。

保存完了: output_rotate45.jpg

行ごとの解説

引数と戻り値

Cv2.WarpAffine

戻り値: なし（結果は dst に格納）

Cv2.GetRotationMatrix2D

戻り値: Mat（2×3 の回転行列）

実践例

例1: 平行移動

変換行列を手動で作成して、画像を右に 100px・下に 50px 移動します。

using OpenCvSharp;

using var src = Cv2.ImRead("input.jpg", ImreadModes.Color);
if (src.Empty()) throw new Exception("画像を読み込めませんでした");

// 平行移動行列 [1, 0, tx; 0, 1, ty] を直接組み立てる
double tx = 100.0; // X 方向の移動量（ピクセル）
double ty = 50.0;  // Y 方向の移動量（ピクセル）

using var M = new Mat(2, 3, MatType.CV_64FC1);
M.At<double>(0, 0) = 1.0; M.At<double>(0, 1) = 0.0; M.At<double>(0, 2) = tx;
M.At<double>(1, 0) = 0.0; M.At<double>(1, 1) = 1.0; M.At<double>(1, 2) = ty;

using var dst = new Mat();
Cv2.WarpAffine(src, dst, M, new Size(src.Width, src.Height));

Cv2.ImWrite("output_translate.jpg", dst);
Console.WriteLine("保存完了: output_translate.jpg");

例2: 出力サイズを変えてトリミングなしの全体回転

45° 回転すると四隅が欠けます。出力サイズを大きめにとって画像全体を収めるパターンです。

using OpenCvSharp;

using var src = Cv2.ImRead("input.jpg", ImreadModes.Color);
if (src.Empty()) throw new Exception("画像を読み込めませんでした");

double angle = 45.0;
double rad = angle * Math.PI / 180.0;

// 回転後に全体が収まる出力サイズを計算
int newW = (int)(src.Width * Math.Abs(Math.Cos(rad)) + src.Height * Math.Abs(Math.Sin(rad)));
int newH = (int)(src.Width * Math.Abs(Math.Sin(rad)) + src.Height * Math.Abs(Math.Cos(rad)));

// 出力画像の中心を基準に回転行列を作成
var center = new Point2f(newW / 2f, newH / 2f);
using var M = Cv2.GetRotationMatrix2D(center, angle, 1.0);

// 平行移動成分を追加して画像が中央に来るよう調整
M.At<double>(0, 2) += (newW - src.Width) / 2.0;
M.At<double>(1, 2) += (newH - src.Height) / 2.0;

using var dst = new Mat();
Cv2.WarpAffine(src, dst, M, new Size(newW, newH),
    InterpolationFlags.Linear, BorderTypes.Constant, Scalar.White);

Cv2.ImWrite("output_fullrotate.jpg", dst);
Console.WriteLine($"出力サイズ: {newW}x{newH}");

実行すると、元画像全体が欠けなく収まった回転済み画像が保存されます。

出力サイズ: 848x848  （入力が 600x600 の場合の例）

つまずきポイント

⚠️ GetRotationMatrix2D の戻り値も using で解放する

GetRotationMatrix2D は Mat を返します。これはネイティブメモリを持つオブジェクトなので、WarpAffine に渡した後も Dispose が必要です。using var M = ... を忘れるとメモリリークになります。

// NG: Dispose されない
var M = Cv2.GetRotationMatrix2D(center, angle, 1.0);
Cv2.WarpAffine(src, dst, M, dst.Size());

// OK: using で確実に解放
using var M = Cv2.GetRotationMatrix2D(center, angle, 1.0);
Cv2.WarpAffine(src, dst, M, dst.Size());

⚠️ 角度の符号が直感と逆になる場合がある

GetRotationMatrix2D の angle は、画像座標系（Y 軸が下向き） では正値が反時計回りになります。画面上で右回り（時計回り）に回転させたい場合は angle に負値を指定してください。期待と逆に回転している場合はまずここを疑いましょう。

⚠️ 変換行列の型は CV_64FC1 でなければならない

手動で変換行列を組み立てる際、MatType.CV_32FC1（float）で作成すると実行時エラーになります。WarpAffine に渡す行列は必ず CV_64FC1（double）を使ってください。

// NG
using var M = new Mat(2, 3, MatType.CV_32FC1);

// OK
using var M = new Mat(2, 3, MatType.CV_64FC1);

関連する関数

• Cv2.GetRotationMatrix2D: 本記事で使用。中心・角度・スケールから回転行列を生成する
• Cv2.GetAffineTransform: 対応する3点ペアから変換行列を自動計算する
• Cv2.WarpPerspective: アフィン変換の上位版。ホモグラフィ（4点対応）による射影変換
• Cv2.Resize: スケーリングのみが目的なら WarpAffine より高速で簡潔

まとめ

Cv2.WarpAffine は変換行列を差し替えるだけで回転・平行移動・スケーリングを統一的に扱える汎用関数です。回転行列の生成には Cv2.GetRotationMatrix2D を組み合わせると手間が省けます。using による Mat の確実な解放と、変換行列の型（CV_64FC1）に注意すれば、実務の前処理ステップとしてすぐに活用できます。