OpenCV（二）如何对图像的像素进行操作

对图像的像素进行操作，我们可以实现空间增强，反色等目的。让我们先来看一下内存空间中图像矩阵，也就是Mat的矩阵数值部分是怎么存储的：

如果图像是一幅灰度图像，他就像这样，从左到右，从上到下，依次是矩阵的每一行每一列，这时候矩阵M(i,j)的值自然就是当前点的灰度值了。

而对于一幅彩色图像，由于它的像素分量channel并不是一个，所以每一列又分为了几个channel。拿常见的RGB图像来说，就像这样：

从这张图上，就可以比较清楚地看出来在内存中矩阵是如何存储多channel图像的了。这里要注意的是在RGB模型中，每一个子列依次为BGR，也就是正好是颠倒的，第一个分量是蓝色，第二个是绿色，第三个是红色。

清楚了图像在内存中的存储方式，我们也就可以来进行像素值的操作了。在这里，我们举这样一个例子。我们对一幅灰度图像的灰度值进行变换：

小于100的灰度值被统一映射为0；100到200之间的灰度值被映射为100；大于200的灰度值被映射为200.

主函数如下：

int main()
{
	string picName="lena.jpg";
	Mat A=imread (picName,CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);    //读入灰度图像
	uchar table[256];          //映射表，规定了变换前后灰度值的对应关系 table[gray_value_before]=gray_value_after
	for (int i=0;i<256;i++)
	{
		table[i]=i/100*100;   //这里利用了C++的语言特性i/100只会留下整数部分
	}
	imshow("变换前",A);
	Mat B=ChangeImg (A,table);    //变换函数
	imshow ("变换后",B);
	waitKey ();
	return 0;
}

首先，我们用指针方式对图像的像素点灰度值进行操作：

Mat  ChangeImg(Mat &img,const uchar* table)
{
	CV_Assert(img.depth ()!=sizeof(uchar));  //声明只对深度8bit的图像操作
	int channels=img.channels ();            //获取图像channel
	int nrows=img.rows;                     //矩阵的行数
	int ncols=img.cols*channels;             //矩阵的总列数=列数*channel分量数
	if (img.isContinuous ())               //判断矩阵是否连续，若连续，我们相当于只需要遍历一个一维数组
	{
		ncols*=nrows;
		nrows=1;                 //一维数组
	}
	//遍历像素点灰度值
	for (int i=0;i<nrows;i++)
	{
		uchar *p=img.ptr<uchar>(i);    //获取行地址
		for (int j=0;j<ncols;j++)
		{
			p[j]=table[p[j]];           //修改灰度值
		}
	}
	return img;
}

这里，我们获取了每一行开始处的指针，然后遍历至该行末尾。如果矩阵是以连续方式存储的，我们只需请求一次指针、然后一路遍历下去就行。彩色图像的情况有必要加以注意：因为三个通道的原因，我们需要遍历的元素数目也是3倍。

或者，我们可以使用data。data会从Mat中返回指向矩阵第一行第一列的指针。注意如果该指针为NULL则表明对象里面无输入，所以这是一种简单的检查图像是否被成功读入的方法。当矩阵是连续存储时，我们就可以通过遍历 data 来扫描整个图像。例如，一个灰度图像，其操作如下：

uchar* p = img.data;
for( unsigned int i =0; i < ncol*nrows; ++i)
	*p++ = table[*p];

或者，更安全的方法，我们可以使用迭代器。在迭代法中，所需要做的仅仅是获得图像矩阵的begin和end，然后增加迭代直至从begin到end。将*操作符添加在迭代指针前，即可访问当前指向的内容。

Mat& ScanImageAndReduceIterator(Mat& I, const uchar* const table)
{
    // accept only char type matrices
    CV_Assert(I.depth() != sizeof(uchar));     
    
    const int channels = I.channels();
    switch(channels)
    {
    case 1: 
        {
            MatIterator_<uchar> it, end; 
            for( it = I.begin<uchar>(), end = I.end<uchar>(); it != end; ++it)
                *it = table[*it];
            break;
        }
    case 3: 
        {
            MatIterator_<Vec3b> it, end; 
            for( it = I.begin<Vec3b>(), end = I.end<Vec3b>(); it != end; ++it)
            {
                (*it)[0] = table[(*it)[0]];
                (*it)[1] = table[(*it)[1]];
                (*it)[2] = table[(*it)[2]];
            }
        }
    }
    
    return I; 
}

注意，在这里对3通道的图像进行操作的时候，使用到了Vec3b。Vec3b作为一个对三元向量的数据结构，用在这里正好是能够表示RGB的三个分量。如果对于彩色图像，仍然用uchar的话，则只能获得3通道中的B分量。比如我们可以这样打印出图像的RGB三个分量：

for (int i=0;i<img.rows;i++)
	{
		const Vec3b* Mpoint=img.ptr <Vec3b>(i);
		for (int j=0;j<img.cols;j++)
		{
			Vec3b intensity=*(Mpoint+j);
			cout<<"R:"<<int(intensity[2])<<" G"<<int(intensity[1])<<" B"<<int(intensity[0])<<"    ";
		}
		cout<<endl;
	}

这里使用指针，当然也可以使用上面的迭代器。

然而，OpenCV里面已经有了相应函数可以让我们更加方便地对像素进行操作，那便是LUT函数，而且推荐使用OpenCV的内建函数，因为已经针对芯片做了优化设计，使得速度有很大提升。

函数原型为：void LUT(InputArray src, InputArray lut, OutputArray dst, int interpolation=0 )

实现的映射关系如下所示：

也就是说比如原来src中值为1会映射为table[1]所对应的值再加上d。

所以上面的操作，我们其实只需要使用LUT函数就可以了。结合我们自己设计的table表，就能够实现对图像的操作。

int main()
{
	string picName="lena.jpg";
	Mat A=imread (picName,CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE);    //读入灰度图像
	Mat lookUpLut(1,256,CV_8UC1);   //建立一个256个元素的映射表
	imshow ("变换前",A);
	for (int i=0;i<256;i++)
	{
		lookUpLut.at<uchar>(i)=i/100*100;
	}
	Mat B;
	LUT (A,lookUpLut,B);
	imshow ("变换后",B);
	waitKey ();
	return 0;
}

下面的图就是效果啦~~~