用OpenCV实现Photoshop算法(三): 曲线调整

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。

  1. /*
  2.  * test_Curves.cpp
  3.  *
  4.  *  Created on: 2016年9月11日
  5.  *      Author: Administrator
  6.  */
  7.  
  8.  
  9. #include 
  10. #include 
  11. #include "opencv2/core.hpp"
  12. #include "opencv2/imgproc.hpp"
  13. #include "opencv2/highgui.hpp"
  14. #include "Curves.hpp"
  15.  
  16. using namespace std;
  17. using namespace cv;
  18.  
  19. static string window_name = "Photo";
  20. static Mat src;
  21.  
  22. static string curves_window = "Adjust Curves";
  23. static Mat curves_mat;
  24. static int channel = 0;
  25. Curves  curves;
  26.  
  27. static void invalidate()
  28. {
  29. 	curves.draw(curves_mat);
  30. 	imshow(curves_window, curves_mat);
  31.  
  32. 	Mat dst;
  33. 	curves.adjust(src, dst);
  34. 	imshow(window_name, dst);
  35.  
  36. 	int y, x;
  37. 	uchar *p;
  38.  
  39. 	y = 150; x = 50;
  40. 	p = dst.ptr(y) + x * 3;
  41. 	cout << "(" << int(p[2]) << ", " << int(p[1]) << ", " << int(p[0]) << ")  ";
  42.  
  43. 	y = 150; x = 220;
  44. 	p = dst.ptr(y) + x * 3;
  45. 	cout << "(" << int(p[2]) << ", " << int(p[1]) << ", " << int(p[0]) << ")  ";
  46.  
  47. 	y = 150; x = 400;
  48. 	p = dst.ptr(y) + x * 3;
  49. 	cout << "(" << int(p[2]) << ", " << int(p[1]) << ", " << int(p[0]) << ")  " << endl;
  50. }
  51.  
  52. static void callbackAdjustChannel(int , void *)
  53. {
  54. 	switch (channel) {
  55. 	case 3:
  56. 		curves.CurrentChannel = &curves.BlueChannel;
  57. 		break;
  58. 	case 2:
  59. 		curves.CurrentChannel = &curves.GreenChannel;
  60. 		break;
  61. 	case 1:
  62. 		curves.CurrentChannel = &curves.RedChannel;
  63. 		break;
  64. 	default:
  65. 		curves.CurrentChannel = &curves.RGBChannel;
  66. 		break;
  67. 	}
  68.  
  69.  
  70. 	invalidate();
  71. }
  72.  
  73. static void callbackMouseEvent(int mouseEvent, int x, int y, int flags, void* param)
  74. {
  75. 	switch(mouseEvent) {
  76. 	case CV_EVENT_LBUTTONDOWN:
  77. 		curves.mouseDown(x, y);
  78. 		invalidate();
  79. 		break;
  80. 	case CV_EVENT_MOUSEMOVE:
  81. 		if ( curves.mouseMove(x, y) )
  82. 			invalidate();
  83. 		break;
  84. 	case CV_EVENT_LBUTTONUP:
  85. 		curves.mouseUp(x, y);
  86. 		invalidate();
  87. 		break;
  88. 	}
  89. 	return;
  90. }
  91.  
  92.  
  93. int main()
  94. {
  95. 	//read image file
  96. 	src = imread("building.jpg");
  97. 	if ( !src.data ) {
  98. 		cout << "error read image" << endl;
  99. 		return -1;
  100. 	}
  101.  
  102. 	//create window
  103. 	namedWindow(window_name);
  104. 	imshow(window_name, src);
  105.  
  106. 	//create Mat for curves
  107. 	curves_mat = Mat::ones(256, 256, CV_8UC3);
  108.  
  109. 	//create window for curves
  110. 	namedWindow(curves_window);
  111. 	setMouseCallback(curves_window, callbackMouseEvent, NULL );
  112. 	createTrackbar("Channel", curves_window, &channel,  3, callbackAdjustChannel);
  113.  
  114.  
  115. // 范例：用程序代码在RedChannel中定义一条曲线
  116. //	curves.RedChannel.clearPoints();
  117. //	curves.RedChannel.addPoint( Point(10,  10) );
  118. //	curves.RedChannel.addPoint( Point(240, 240) );
  119. //	curves.RedChannel.addPoint( Point(127, 127) );
  120.  
  121. 	invalidate();
  122.  
  123. 	waitKey();
  124.  
  125. 	return 0;
  126. }
  127.


运行效果如下：


原图：



对红色通道（Channel 1）进行曲线调整



然后，对RGB通道（Channel 0）来一个经典的S型曲线调整



呵呵，有点味道了


注：本文转载自blog.csdn.net的JoStudio的文章"http://blog.csdn.net/c80486/article/details/52499919"。版权归原作者所有，此博客不拥有其著作权，亦不承担相应法律责任。如有侵权，请联系我们删除。
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