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5.4 vtkImageData基本操作

圖像處理離不開一些基本的圖像數據操作，例如獲取和修改圖像的基本信息，訪問和修改圖像像素值，圖像顯示，圖像類型轉換等等。熟練掌握這些基本操作有助于使用VTK進行圖像處理的快速開發。

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5.4.1圖像信息訪問和修改

vtkImageData中提供了多個函數用于訪問或者獲取圖像的基本信息，這些函數通常使用Set或者Get加上相應的信息名的形式，例如獲取圖像維數的方法定義為GetDimensions()。當然這里主要從類的層次上進行VTK的學習，這里不再具體贅述每個函數的基本名稱和使用，用戶可以查閱相應的類文檔。下面通過一個例子來說明怎樣訪問圖像的基本信息。程序運行如圖5.8所示。

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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<<"圖像維數:"<<dims[0]<<" "<<dims[1]<<""<<dims[2]<<std::endl;

9:??

10:? double origin[3];

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

12:? std::cout<<"圖像原點:"<<origin[0]<<" "<<origin[1]<<""<<origin[2]<<std::endl;

13:??

14:? double spaceing[3];

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

16:? std::cout<<"像素間隔:"<<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();

?

圖5.8 VTK圖像基本信息獲取

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上例中主要獲取了圖像的三個信息，圖像維數，圖像原點和像素間隔。VTK中二維和三維圖像都用vtkImageData表示，因此第六行中定義圖像維數為dims[3]，然后利用GetDimensions()函數獲取圖像的維數；圖像的原點和像素間隔都是物理空間數值，因此都是定義double類型。本例讀入了二維lena圖像，上圖中顯示了獲取的圖像信息。其中，圖像維數為512*512*1，通過維數可以看成z方向的維數為1，說明該圖像為二維圖像；而圖像的原點為(0,0,0)點，而像素間隔為(1,1,1)。

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vtkChangeImageInformation

vtkImageData中提供了多個Set函數用于設置圖像的基本信息。當對一個管線的輸出修改圖像信息后，如果管線重新Update，那么這些修改都會恢復回原來的值。而vtkChangeImageInformation可以作為管線中的一個filter來修改圖像信息。利用這個filter可以修改圖像的原點，像素間隔，以及范圍起點（extent），另外還可以對圖像平移縮放等操作。下面代碼說明了怎樣修改圖像的原點，像素間隔。

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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<<"原圖像維數:"<<dims[0]<<" "<<dims[1]<<""<<dims[2]<<std::endl;

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

? 13:????std::cout<<"原圖像原點:"<<origin[0]<<" "<<origin[1]<<""<<origin[2]<<std::endl;

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

? 15:? std::cout<<"原像素間隔:"<<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<<"修改后圖像維數:"<<dims[0]<<" "<<dims[1]<<""<<dims[2]<<std::endl;

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

? 29:????std::cout<<"修改圖像原點:"<<origin[0]<<" "<<origin[1]<<""<<origin[2]<<std::endl;

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

? 31:????std::cout<<"修改后像素間隔:"<<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();

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上例中首先讀入圖像，由vtkImageData提供函數接口獲取圖像的維數，原點和像素間隔。然后定義vtkImageChangeInformation指針，并設置輸出圖像原點為（100, 100, 0），輸出圖像像素間隔為（5, 5, 1），然后調用CenterImage()函數將圖像的原點置于圖像的中心。顯示結果如圖5.9：

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圖5.9 vtkImageChangeInformation修改圖像信息

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從上面結果中可以看出，操作后的結果使得圖像的原點位于(-1277.5, -1275.5, 0)，SetOutputOrigin(100, 100, 0)并沒有起作用。原因在哪里呢？如果看下CenterImage()函數的注釋，可以發現該函數的作用是將（0, 0, 0）點置于圖像的中心。當CenterImage該函數執行時會重寫SetOutputOrigin()，所以SetOutputOrigin函數不會產生任何作用。那(-1277.5, -1275.5, 0)又是如何計算出來的呢？如圖5.10，根據圖像的維數和像素間隔計算得到新的圖像的寬度和高度為(512-1)*5 ，初始圖像的原點位于（0, 0,0），現在將圖像的中心平移至原點，平移量為（-(512-1)*5/2,(512-1)*5/2, 0） = (-1277.5, -1275.5,0)。

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圖5.10 CenterImage函數示意圖

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5.4.2圖像像素值訪問和修改

圖像像素值的訪問與修改是最常用的一個操作。VTK中提供了兩種訪問圖像像素值的方法。第一種是直接訪問vtkImageData的數據數組。這種方式最直接。在第一節上新建圖像賦值也是采用的這種方法。vtkImageData中提供了GetScalarPointer()函數獲取數據數組指針，該函數有三種形式：

virtualvoid *GetScalarPointer(int coordinates[3]);

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

virtualvoid *GetScalarPointer();

前兩種形式根據給定的像素索引得到指定的像素值，注意返回的是第(x,y,z)個像素值的地址。而第三種方式是返回圖像數據數組的頭指針，然后根據頭指針可以依次訪問索引像素。在第一節中采用的就是這樣方式。下面看一個遍歷圖像像素的例子，結果如圖5.12。

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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();

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上面代碼實現了將圖像的100*100大小的區域設置為黑色。首先定義一個reader讀取一副bmp圖像，通過vtkImageData函數GetDimensions()獲取圖像的大小。建立三次循環，通過GetScalarPointer(i, j,k)函數獲取訪問圖像像素值。需要注意的是，GetScalarPointer()函數返回的是void*類型，因此需要根據圖像的實際類型進行強制轉換。如上面代碼中將像素值數組的頭指針類型轉換為unsigned char *。如果對于數據類型不確定的話，還可以先通過vtkImageCast將圖像數據類型強制轉換為特定的數據類型，再進行遍歷。

另外還有一個需要注意地方，彩色以及向量圖像采用的是類似圖5.11這種像素存儲格式。

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圖5.11 VTK彩色以及向量圖像像素存儲格式

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因此在修改RGB圖像以及向量圖像像素時，需要根據像素的元組的組分數目來訪問。上例中，需要修改每個像素的RGB值時，首先獲得第(i, j, k)個像素的地址也就是R值的地址，然后將地址加1來訪問后續G值以及B值。如果對于像素的元組組分不確定時，可以通過函數GetNumberOfScalarComponents()來獲取。如下所示：

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

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圖5.12 修改圖像像素值

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另外VTK中提供了vtkImageIterator類來利用迭代器方法訪問圖像像素。該類是一個模板類，使用時，需要提供迭代的圖像像素類型以及迭代的區域大小。下面給出示例代碼。

?? 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();

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下面分析一下上面的代碼。如果對于ITK圖像區域迭代器熟悉的話，可能會對上面代碼存在疑問。上面代碼中首先讀取了一副bmp圖像，然后定義了一個子區域。注意在定義子區域的時候，不要超過圖像的大小范圍。subRegion的六個值分別表示區域中x的最小最大值，y的最小最大值，z的最小最大值。由于處理的圖像為二維圖像，因此z的取值范圍為[0,0]。然后根據圖像類型unsigned char定義實例化一個圖像迭代器it，定義it時有兩個參數：一個是要訪問的圖像，另外一個是訪問的圖像區域。設置完畢后，迭代器開始工作。注意，上面代碼中有兩個while循環。

首先看第一個while循環，這里判斷迭代器是否結束。進入循環后，對于每個迭代器it，又存在第二個循環。這個循環判斷的是當前像素的組分是否迭代完畢。由于vtk中所有類型的圖像格式都是vtkImageData，因此每個像素可能是標量，也可能是向量。因此，每當訪問到一個像素時，需要迭代當前像素的組分。組分迭代時，inSI = it.BeginSpan()獲取第一個組分，inSIEnd = it.EndSpan()表示組分迭代完畢，通過++inSI不斷迭代組分，并對像素的組分值進行處理，當inSI與inSIEnd相等時組分迭代完畢。然后繼續迭代像素it，直至迭代完畢所有像素。上面代碼中將指定區域的像素值取反，得到如圖5.13所示結果。

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圖5.13 利用VTK迭代器修改圖像像素值

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的05-VTK在图像处理中的应用(2)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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