用OpenCV实现Photoshop算法(四): 色阶调整

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



四、色阶调整( Levles Adjustment )


（一）色阶调整原理

色阶是什么：色阶就是用直方图描述出的整张图片的明暗信息。如图

从左至右是从暗到亮的像素分布，黑色三角代表最暗地方（纯黑），白色三角代表最亮地方（纯白）。灰色三角代表中间调。



每一个色阶定义有两组值：

一组是输入色阶值，包含黑灰白三个值， 上图中：　黑点值为０，　灰点为１.００，白点为２５５

另一组是输入色阶值，包含黑白两个值，上图中：输出色阶黑为０，白为２５５



对于一个RGB图像,  可以对R,  G,  B 通道进行独立的色阶调整，即，对三个通道分别使用三个色阶定义值。还可以再对 三个通道进行整体色阶调整。 因此，对一个图像，可以用四次色阶调整。最终的结果，是四次调整后合并产生的结果。


我们先来分析对单通道的色阶原理，比如：对红色通道定义色阶调整如下：


则此时：　　输入色阶值为：　黑13,   灰1.29,    白240，　　　输出色阶值为：黑１１，白２４２

则色阶调整的实现是：　当输入值<黑点值(13)时，全部变为输出色阶的黑值。　当输入值>白点(240)时，全部变为输出色阶的白值

当输入值介于黑值与白值之间(13-240)时，则结合灰度系数，按比例重新计算，变为一个新的值。


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。

对RGB通道进行整体调整时，则对RGB三个值进行同时变换。



（二）色阶调整的OpenCV实现

我用opencv写了两个 C++ 类： Levels类实现了多通道的色阶的定义、实施调整。  Level类是一个通道的色阶定义类。

源码共两个文件：    Levels.hpp,  Levels.cpp,    源码及使用例程可在这里下载： 色阶调整源码

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， Levels类中定义了四个Level对象(即四个通道)，分别是RedChannel, GreenChannel, BlueChannel 和 RGBChannel.

2，每个Level对象有五个属性值：

　　int   Shadow;  //输入色阶黑点值
float Midtones; //输入色阶灰点值（注意是浮点数）
int   Highlight; //输入色阶白点值


int   OutputShadow; //输出色阶黑点值
int   OutputHighlight; //输出色阶白点值

3, 使用方法：创建一个Levels对象，然后对其所属的Level对象的属性值进行赋值，然后调整 Levels类的adjust()方法，即可实现色阶调整。

（三）例程

写一个例程，使用Levels类，实现色阶调整。

程序中定义了两个窗口，一个是图片窗口，一个是色阶定义窗口。

  1. #include 
  2. #include 
  3. #include "opencv2/core.hpp"
  4. #include "opencv2/imgproc.hpp"
  5. #include "opencv2/highgui.hpp"
  6.  
  7. #include "Levels.hpp"
  8.  
  9. using namespace std;
  10. using namespace cv;
  11.  
  12. static string window_name = "Photo";
  13. static Mat src;
  14.  
  15. static Mat levels_mat;
  16. static string levels_window = "Adjust Levels";
  17. static int channel = 0;
  18. Levels  levels;
  19.  
  20. int   Shadow;
  21. int   Midtones = 100;
  22. int   Highlight;
  23. int   OutputShadow;
  24. int   OutputHighlight;
  25.  
  26. static void invalidate()
  27. {
  28. 	Mat dst;
  29. 	levels.adjust(src, dst);
  30. 	imshow(window_name, dst);
  31.  
  32. 	imshow(levels_window, levels_mat);
  33. }
  34.  
  35. static void channelRead(int which_channel)
  36. {
  37. 	channel = which_channel;
  38. 	Level * CurrentChannel = NULL;
  39. 	switch (channel) {
  40. 	case 0: CurrentChannel = &levels.RGBChannel; break;
  41. 	case 1: CurrentChannel = &levels.RedChannel; break;
  42. 	case 2: CurrentChannel = &levels.GreenChannel; break;
  43. 	case 3: CurrentChannel = &levels.BlueChannel; break;
  44. 	}
  45. 	if ( CurrentChannel == NULL ) return;
  46.  
  47. 	Shadow = CurrentChannel->Shadow;
  48. 	Midtones = int (CurrentChannel->Midtones * 100);
  49. 	Highlight = CurrentChannel->Highlight;
  50. 	OutputShadow = CurrentChannel->OutputShadow;
  51. 	OutputHighlight = CurrentChannel->OutputHighlight;
  52.  
  53. }
  54.  
  55. static void channelWrite()
  56. {
  57. 	Level * CurrentChannel = NULL;
  58. 	switch (channel) {
  59. 	case 0: CurrentChannel = &levels.RGBChannel; break;
  60. 	case 1: CurrentChannel = &levels.RedChannel; break;
  61. 	case 2: CurrentChannel = &levels.GreenChannel; break;
  62. 	case 3: CurrentChannel = &levels.BlueChannel; break;
  63. 	}
  64.  
  65. 	if ( CurrentChannel == NULL )
  66. 		return ;
  67.  
  68. 	CurrentChannel->Shadow = Shadow;
  69. 	CurrentChannel->Midtones = Midtones / 100.0;
  70. 	CurrentChannel->Highlight = Highlight;
  71. 	CurrentChannel->OutputShadow = OutputShadow;
  72. 	CurrentChannel->OutputHighlight = OutputHighlight;
  73.  
  74. 	invalidate();
  75. }
  76.  
  77.  
  78. static void callbackAdjust(int , void *)
  79. {
  80. 	channelWrite();
  81. 	invalidate();
  82. }
  83.  
  84.  
  85. static void callbackAdjustChannel(int , void *)
  86. {
  87. 	channelRead(channel);
  88. 	setTrackbarPos("Shadow", levels_window, Shadow);
  89. 	setTrackbarPos("Midtones", levels_window, Midtones);
  90. 	setTrackbarPos("Highlight", levels_window, Highlight);
  91. 	setTrackbarPos("OutShadow", levels_window, OutputShadow);
  92. 	setTrackbarPos("OutHighlight", levels_window, OutputHighlight);
  93. 	invalidate();
  94. }
  95.  
  96.  
  97. int main()
  98. {
  99. 	//read image file
  100. 	src = imread("building.jpg");
  101. 	if ( !src.data ) {
  102. 		cout << "error read image" << endl;
  103. 		return -1;
  104. 	}
  105.  
  106. 	//create window
  107. 	namedWindow(window_name);
  108. 	imshow(window_name, src);
  109.  
  110.  
  111. 	//create window for levels
  112. 	namedWindow(levels_window);
  113. 	levels_mat = Mat::ones(100,400, CV_8UC3);
  114. 	levels_mat.setTo( Scalar(255,255,255) );
  115. 	imshow(levels_window, levels_mat);
  116.  
  117. 	channelRead(0);
  118. 	createTrackbar("Channel", levels_window, &channel,  3, callbackAdjustChannel);
  119. 	createTrackbar("Shadow", levels_window, &Shadow,  255, callbackAdjust);
  120. 	createTrackbar("Midtones", levels_window, &Midtones,  200, callbackAdjust);
  121. 	createTrackbar("Highlight", levels_window, &Highlight,  255, callbackAdjust);
  122. 	createTrackbar("OutShadow", levels_window, &OutputShadow,  255, callbackAdjust);
  123. 	createTrackbar("OutHighlight", levels_window, &OutputHighlight,  255, callbackAdjust);
  124.  
  125. 	waitKey();
  126.  
  127. 	return 0;
  128.  
  129. }


运行效果：


原图：



先对红色通道(Channel = 1)调整各项色阶定义值，进行单通道色阶调整，效果如下：



再对RGB通道(Channel = 0)进行整体色阶调整，效果如下：



嗯嗯


注：本文转载自blog.csdn.net的JoStudio的文章"http://blog.csdn.net/c80486/article/details/52504607"。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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