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系列文章: 用OpenCV实现Photoshop算法(一): 图像旋转 用OpenCV实现Photoshop算法(二): 图像剪切 用OpenCV实现Photoshop算法(三): 曲线调整 用OpenCV实现Photoshop算法(四): 色阶调整用OpenCV实现Photoshop算法(五): 亮度对比度调整 用OpenCV实现Photoshop算法(六): 变为黑白图像 用OpenCV实现Photoshop算法(七): 调整色相饱和度 用OpenCV实现Photoshop算法(八): 可选颜色 用OpenCV实现Photoshop算法(九): 高反差保留
三、曲线调整( Curves Adjustment ) 曲线调整是Photoshop的最常用的重要功能之一。 网上关于曲线技术原理的材料都不完整。经过一个多月的探索、不断实验,我用OpenCV实现了曲线功能,基本算是揭开了“曲线之谜“。
(一)曲线原理
对于一个RGB图像, 可以对R, G, B 通道进行独立的曲线调整,即,对三个通道分别使用三条曲线(Curve)。还可以再增加一条曲线对 三个通道进行整体调整。 因此,对一个图像,可以用四条曲线调整。最终的结果,是四条曲线调整后合并产生的结果。
我们先来分析对单通道一条曲线的原理,比如:对红色通道定义一条曲线如下:
图中,横轴是输入,比左到右分别表示0到255. 纵轴是输出,从下到上分别表示0到255. 该曲线由三个点定义,座标分别为: 点1(0,0), 点2(127,154),点3(255,255) 点1和点3是默认产生的, 点2是我们新增加的。在这三个点中画出一条曲线(Spline).
调整的实现: 当输入(红色通道值)为X1时,将输出值(新的红色通道值)设为曲线对应的值 Y1. 代码实现: 对图片的所有像素点进行扫描, 取红色值 X1, 换为 对应的 Y1. 其它两个通道值(绿蓝)不变。 比如: 像素点的RGB= (127, 230, 220), 其中红色值为 X1 = 127, 对应曲线上的值Y1 = 154, 则对该通道曲线调整后 像素点的RGB= (154, 230, 220)
如果曲线仅是一条由左下角到右上角的45度斜线,则 X1 总是等于 Y1, 则曲线调整后 图片不变。
对红、绿、蓝三个独立通道调整方式都与上述算法相同。各通道调整是互不相关的。
然后,我们再来分析对RGB通道进行整体调整的原理。 比如: 像素点的RGB= (127, 230, 220), 对RGB通道进行整体调整, 则根据该曲线同时对R, G, B三个值进行调整。 R = 127 作为输入值, 计算曲线上的 对应输出值 R1 G = 230作为输入值, 计算曲线上的 对应输出值 G1 B = 220作为输入值, 计算曲线上的 对应输出值 B1 则新的像素点的RGB =(R1, G1, B1)
用几条曲线同时调整时,先对红、绿、蓝三个独立通道分别进行调整,最后对RGB总通道进行调整。 由于曲线调整仅仅是数值替换,可以用一个转换表进行快速运算, 因此,曲线调整的速度是很快的。
(二)曲线的生成 Photoshop使用的曲线是一种SPline 曲线。这种曲线表现力很强,特点是:仅需要定义几个控制点,就可以定义一条平滑的曲线,且曲线同时通过所有控制点。生成曲线时,只需要给出几个控制点,调用曲线生成函数即可。 SPline的具体数学原理我就不讲了,生成函数可以看下面的源码Curves.cpp中的spline()函数
(三)曲线调整的OpenCV实现 我用opencv写了两个 C++ 类: Curves类实现了多通道的曲线的定义、绘制、实施调整。 Curve类是一个通道的曲线定义类。 源码共两个文件: Curves.hpp, Curves.cpp, 源码及使用例程可在这里下载: 曲线算法源码
源码有一定的长度,不具体解释了,请见注释。补充说明几点: 1, Curves类中定义了四个Curve对象(即四个通道),分别是RedChannel, GreenChannel, BlueChannel 和 RGBChannel. 2, Curves类支持用鼠标生成曲线,使用方法见例程。 2, Curves.cpp中的spline()函数是生成曲线数值的,即输入一串控制点,通过插值运算,生成一系列的输出值。 3, 除了用鼠标生成曲线以外, 也可以用程序代码直接生成曲线: 先使用Curve类的clearPoints()方法清除所有控制点,再调用addPoint()方法逐个添加控制点即可。
(四)例程 写一个例程,使用Curves类,实现曲线调整。 程序中定义了两个窗口,一个是图片窗口,一个是曲线窗口。 /* * test_Curves.cpp * * Created on: 2016年9月11日 * Author: Administrator */ #include #include #include "opencv2/core.hpp" #include "opencv2/imgproc.hpp" #include "opencv2/highgui.hpp" #include "Curves.hpp" using namespace std; using namespace cv; static string window_name = "Photo"; static Mat src; static string curves_window = "Adjust Curves"; static Mat curves_mat; static int channel = 0; Curves curves; static void invalidate() { curves.draw(curves_mat); imshow(curves_window, curves_mat); Mat dst; curves.adjust(src, dst); imshow(window_name, dst); int y, x; uchar *p; y = 150; x = 50; p = dst.ptr(y) + x * 3; cout |
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