5.4 vtkImageData基本操作

图像处理离不开一些基本的图像数据操作,例如获取和修改图像的基本信息,访问和修改图像像素值,图像显示,图像类型转换等等。熟练掌握这些基本操作有助于使用VTK进行图像处理的快速开发。

 

5.4.1图像信息访问和修改

vtkImageData中提供了多个函数用于访问或者获取图像的基本信息,这些函数通常使用Set或者Get加上相应的信息名的形式,例如获取图像维数的方法定义为GetDimensions()。当然这里主要从类的层次上进行VTK的学习,这里不再具体赘述每个函数的基本名称和使用,用户可以查阅相应的类文档。下面通过一个例子来说明怎样访问图像的基本信息。程序运行如图5.8所示。

 

1:    vtkSmartPointer<vtkBMPReader>reader =

2:    vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();

3:  reader->SetFileName ( "..\\lena.bmp");

4:  reader->Update();

5:  

6:   int dims[3];

7:  reader->GetOutput()->GetDimensions(dims);

8:   std::cout<<"图像维数:"<<dims[0]<<" "<<dims[1]<<""<<dims[2]<<std::endl;

9:  

10:  double origin[3];

11:  reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);

12:  std::cout<<"图像原点:"<<origin[0]<<" "<<origin[1]<<""<<origin[2]<<std::endl;

13:  

14:  double spaceing[3];

15: reader->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);

16:  std::cout<<"像素间隔:"<<spaceing[0]<<" "<<spaceing[1]<<""<<spaceing[2]<<std::endl;

17:  

18:  

19:  vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>p_w_picpathViewer =

20:   vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();

21: p_w_picpathViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

22: vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor=

23:   vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();

24: p_w_picpathViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);

25:  p_w_picpathViewer->Render();

26: p_w_picpathViewer->GetRenderer()->ResetCamera();

27:  p_w_picpathViewer->Render();

28:  

29:  renderWindowInteractor->Start();

 

图5.8 VTK图像基本信息获取

 

上例中主要获取了图像的三个信息,图像维数,图像原点和像素间隔。VTK中二维和三维图像都用vtkImageData表示,因此第六行中定义图像维数为dims[3],然后利用GetDimensions()函数获取图像的维数;图像的原点和像素间隔都是物理空间数值,因此都是定义double类型。本例读入了二维lena图像,上图中显示了获取的图像信息。其中,图像维数为512*512*1,通过维数可以看成z方向的维数为1,说明该图像为二维图像;而图像的原点为(0,0,0)点,而像素间隔为(1,1,1)。

 

vtkChangeImageInformation

vtkImageData中提供了多个Set函数用于设置图像的基本信息。当对一个管线的输出修改图像信息后,如果管线重新Update,那么这些修改都会恢复回原来的值。而vtkChangeImageInformation可以作为管线中的一个filter来修改图像信息。利用这个filter可以修改图像的原点,像素间隔,以及范围起点(extent),另外还可以对图像平移缩放等操作。下面代码说明了怎样修改图像的原点,像素间隔。

 

1:     vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader=

   2:        vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();

   3:    reader->SetFileName ( "..\\lena.bmp" );

   4:    reader->Update();

   5:  

   6:    int dims[3];

   7:    double origin[3];

   8:     double spaceing[3];

   9:  

  10:    reader->GetOutput()->GetDimensions(dims);

  11:    std::cout<<"原图像维数:"<<dims[0]<<" "<<dims[1]<<""<<dims[2]<<std::endl;

  12:    reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);

  13:    std::cout<<"原图像原点:"<<origin[0]<<" "<<origin[1]<<""<<origin[2]<<std::endl;

  14:    reader->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);

  15:  std::cout<<"原像素间隔:"<<spaceing[0]<<" "<<spaceing[1]<<""<<spaceing[2]<<std::endl<<std::endl;

  16:  

  17:    vtkSmartPointer<vtkImageChangeInformation> changer =

  18:        vtkSmartPointer<vtkImageChangeInformation>::New();

  19:    changer->SetInput(reader->GetOutput());

  20:    changer->SetOutputOrigin(100, 100, 0);

  21:    changer->SetOutputSpacing(5,5,1);

  22:    changer->SetCenterImage(1);

  23:    changer->Update();

  24:  

  25:  

  26:    changer->GetOutput()->GetDimensions(dims);

  27:    std::cout<<"修改后图像维数:"<<dims[0]<<" "<<dims[1]<<""<<dims[2]<<std::endl;

  28:    changer->GetOutput()->GetOrigin(origin);

  29:    std::cout<<"修改图像原点:"<<origin[0]<<" "<<origin[1]<<""<<origin[2]<<std::endl;

  30:    changer->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);

  31:    std::cout<<"修改后像素间隔:"<<spaceing[0]<<" "<<spaceing[1]<<""<<spaceing[2]<<std::endl;

  32:  

  33:  

  34:    vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> p_w_picpathViewer =

  35:        vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();

  36:    p_w_picpathViewer->SetInputConnection(changer->GetOutputPort());

  37:    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor=

  38:        vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();

  39:    p_w_picpathViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);

  40:    p_w_picpathViewer->Render();

  41:    p_w_picpathViewer->GetRenderer()->ResetCamera();

  42:    p_w_picpathViewer->Render();

  43:  

  44:    renderWindowInteractor->Start();

 

上例中首先读入图像,由vtkImageData提供函数接口获取图像的维数,原点和像素间隔。然后定义vtkImageChangeInformation指针,并设置输出图像原点为(100, 100, 0),输出图像像素间隔为(5, 5, 1),然后调用CenterImage()函数将图像的原点置于图像的中心。显示结果如图5.9:

 

图5.9 vtkImageChangeInformation修改图像信息

 

从上面结果中可以看出,操作后的结果使得图像的原点位于(-1277.5, -1275.5, 0),SetOutputOrigin(100, 100, 0)并没有起作用。原因在哪里呢?如果看下CenterImage()函数的注释,可以发现该函数的作用是将(0, 0, 0)点置于图像的中心。当CenterImage该函数执行时会重写SetOutputOrigin(),所以SetOutputOrigin函数不会产生任何作用。那(-1277.5, -1275.5, 0)又是如何计算出来的呢?如图5.10,根据图像的维数和像素间隔计算得到新的图像的宽度和高度为(512-1)*5 ,初始图像的原点位于(0, 0,0),现在将图像的中心平移至原点,平移量为(-(512-1)*5/2,(512-1)*5/2, 0) = (-1277.5, -1275.5,0)。

 

图5.10 CenterImage函数示意图

 

5.4.2图像像素值访问和修改

图像像素值的访问与修改是最常用的一个操作。VTK中提供了两种访问图像像素值的方法。第一种是直接访问vtkImageData的数据数组。这种方式最直接。在第一节上新建图像赋值也是采用的这种方法。vtkImageData中提供了GetScalarPointer()函数获取数据数组指针,该函数有三种形式:

virtualvoid *GetScalarPointer(int coordinates[3]);

virtualvoid *GetScalarPointer(int x, int y, int z);

virtualvoid *GetScalarPointer();

前两种形式根据给定的像素索引得到指定的像素值,注意返回的是第(x,y,z)个像素值的地址。而第三种方式是返回图像数据数组的头指针,然后根据头指针可以依次访问索引像素。在第一节中采用的就是这样方式。下面看一个遍历图像像素的例子,结果如图5.12。

 

1:  vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader =

   2:    vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();

   3: reader->SetFileName ( "…\\lena.bmp" );

   4: reader->Update();

   5:  

   6: int dims[3];

   7: reader->GetOutput()->GetDimensions(dims);

   8:  

   9: for(int k=0; k<dims[2]; k++)

  10:  {

  11:    for(int j=0; j<dims[1]; j++)

  12:    {

  13:       for(int i=0; i<dims[0]; i++)

  14:       {

  15:          if(i<100 && j<100)

  16:          {

  17:              unsigned char * pixel =

  18:                 (unsigned char *) (reader->GetOutput()->GetScalarPointer(i, j, k) );

  19:              *pixel = 0;

  20:              *(pixel+1) = 0;

  21:              *(pixel+2) = 0;

  22:          }

  23:       }

  24:    }

  25:  }

  26:  

  27: vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> p_w_picpathViewer =

  28:    vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();

  29: p_w_picpathViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

  30: vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor=

  31:    vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();

  32: p_w_picpathViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);

  33: p_w_picpathViewer->Render();

  34: p_w_picpathViewer->GetRenderer()->ResetCamera();

  35: p_w_picpathViewer->Render();

  36:  

  37: renderWindowInteractor->Start();

 

上面代码实现了将图像的100*100大小的区域设置为黑色。首先定义一个reader读取一副bmp图像,通过vtkImageData函数GetDimensions()获取图像的大小。建立三次循环,通过GetScalarPointer(i, j,k)函数获取访问图像像素值。需要注意的是,GetScalarPointer()函数返回的是void*类型,因此需要根据图像的实际类型进行强制转换。如上面代码中将像素值数组的头指针类型转换为unsigned char *。如果对于数据类型不确定的话,还可以先通过vtkImageCast将图像数据类型强制转换为特定的数据类型,再进行遍历。

另外还有一个需要注意地方,彩色以及向量图像采用的是类似图5.11这种像素存储格式。

 

图5.11 VTK彩色以及向量图像像素存储格式

 

因此在修改RGB图像以及向量图像像素时,需要根据像素的元组的组分数目来访问。上例中,需要修改每个像素的RGB值时,首先获得第(i, j, k)个像素的地址也就是R值的地址,然后将地址加1来访问后续G值以及B值。如果对于像素的元组组分不确定时,可以通过函数GetNumberOfScalarComponents()来获取。如下所示:

int nbOfComp = reader->GetOutput()->GetNumberOfScalarComponents();

 

 

图5.12 修改图像像素值

 

另外VTK中提供了vtkImageIterator类来利用迭代器方法访问图像像素。该类是一个模板类,使用时,需要提供迭代的图像像素类型以及迭代的区域大小。下面给出示例代码。

   1:      vtkSmartPointer<vtkBMPReader>reader =

   2:         vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();

   3:     reader->SetFileName ( "..\\lena.bmp" );

   4:     reader->Update();

   5:  

   6:     int subRegion[6] = {0,300, 0, 300, 0, 0};

   7:     vtkImageIterator<unsigned char> it(reader->GetOutput(), subRegion);

   8:  

   9:     while(!it.IsAtEnd())

  10:     {

  11:         unsigned char *inSI = it.BeginSpan();

  12:         unsigned char *inSIEnd = it.EndSpan();

  13:  

  14:         while(inSI != inSIEnd)

  15:         {

  16:              *inSI = 255-*inSI;

  17:              ++inSI;

  18:         }

  19:         it.NextSpan();

  20:     }

  21:  

  22:     vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> p_w_picpathViewer =

  23:         vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();

  24:     p_w_picpathViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

  25:     vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor=

  26:         vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();

  27:     p_w_picpathViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);

  28:     p_w_picpathViewer->Render();

  29:     p_w_picpathViewer->GetRenderer()->ResetCamera();

  30:     p_w_picpathViewer->Render();

  31:  

  32:     renderWindowInteractor->Start();

 

下面分析一下上面的代码。如果对于ITK图像区域迭代器熟悉的话,可能会对上面代码存在疑问。上面代码中首先读取了一副bmp图像,然后定义了一个子区域。注意在定义子区域的时候,不要超过图像的大小范围。subRegion的六个值分别表示区域中x的最小最大值,y的最小最大值,z的最小最大值。由于处理的图像为二维图像,因此z的取值范围为[0,0]。然后根据图像类型unsigned char定义实例化一个图像迭代器it,定义it时有两个参数:一个是要访问的图像,另外一个是访问的图像区域。设置完毕后,迭代器开始工作。注意,上面代码中有两个while循环。

首先看第一个while循环,这里判断迭代器是否结束。进入循环后,对于每个迭代器it,又存在第二个循环。这个循环判断的是当前像素的组分是否迭代完毕。由于vtk中所有类型的图像格式都是vtkImageData,因此每个像素可能是标量,也可能是向量。因此,每当访问到一个像素时,需要迭代当前像素的组分。组分迭代时,inSI = it.BeginSpan()获取第一个组分,inSIEnd = it.EndSpan()表示组分迭代完毕,通过++inSI不断迭代组分,并对像素的组分值进行处理,当inSI与inSIEnd相等时组分迭代完毕。然后继续迭代像素it,直至迭代完毕所有像素。上面代码中将指定区域的像素值取反,得到如图5.13所示结果。

 

图5.13 利用VTK迭代器修改图像像素值

 

 

==========欢迎转载,转载时请保留该声明信息==========

版权归@东灵工作室所有,更多信息请访问东灵工作室


教程系列导航:http://blog.csdn.net/www_doling_net/article/details/8763686

================================================

 

本文来源:http://blog.csdn.net/www_doling_net/article/details/8547317