VTK笔记-数字图像相关总览
文章目录
- 前言
- 一、图像
- 二、VTK中图像相关类
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- 1. 创建
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- 1.1 图像源Source
- 1.2 直接创建图像
- 1.3 图像文件操作
- 2. 展示
- 3. 基本操作
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- 3.1 图像信息的访问与修改
- 3.2 图像像素值的访问与修改
- 3.3 图像类型转换
- 3.4 图像颜色映射
- 3.5 区域提取
- 3.6 直方图统计
- 3.7 图像重采样
- 3.8 图像运算
- 3.9 图像二值化
- 4. 边缘检测
- 5.平滑
- 6.频域处理
- 三、总结
前言
之前文章中有提过VTK是进行3D计算机图形，图像处理，可视化的工具；数字图像作为一种重要的多媒体数据，应用范围极广，具有重要的应用价值；图像是VTK中非常重要的一种数据结构；本文是读《VTK图形图像开发进阶》第五章内容的一个笔记和整理；
一、图像
我们日常中看到的图像都是可视化的图像，让人们说图像是什么，往往会得到具体的照片或者图片的描述；计算机看到的图像是数字化的图像，数字图像文件中会记录图像的通道数据和特征描述信息，可以成为是图像头信息和数据；
图像头信息定义了图像的基本信息，主要包括了起点位置（Origin）、像素间隔（Space）和维数（Dimension）。一般情况，起点位置表示采集这张图像时，图像的左上角第一个像素所在世界坐标系中的世界坐标，像素间隔表示像素单元之间的距离，维数就比较容易理解了，大家都知道一维、二维、三维…我们接触的基本上就是二维和三维；所以维数就是网格数据在每个方向上的像素或者体素的个数，二维的最小单元就是像素，三维的最小单元就是体素；处了上面说的信息，不同的数据会记录图像的长度，宽度，通道个数，像素范围；如果是DICOM文件，还会记录图像的层厚，图像的行向量和列向量，窗宽和窗位等等；大家以后碰到了可以留意观察；
医学图像中的数据基本上是一个二维数组，数组中每个数值对应了二维矩阵中的像素值；这个像素值是一个标量，不同类型的数据还会表示不同意义；通常情况下，图像中的数据的每个记录类型可以是标量，也可以是矢量，还可以是张量；医学图像基本上是灰度图像，但由于灰度图像是一个unsigned char类型，范围是0~255，不足以表达医学图像中对图像的要求，所以常见的医学图像数据是unsigned short类型，范围是0-65535；个别数据有float类型或者double类型，不过不常见；
VTK中图像数据结构由vtkImageData类表示；
二、VTK中图像相关类
vtk中对数字图像处理主要包括了创建、读写（访问图像数据）以及处理转换和展示；
下面将根据不同功能分别列举出各个类以及每个类的简单说明；
1. 创建
1.1 图像源Source
vtkImageCanvasSource2D：创建一个画布；
vtkImageEllipsoidSource：创建一个椭球体的二进制图像；
vtkImageGaussianSource：创建具有高斯像素值的图像；
vtkImageGridSource：创建一个网格的图像；
vtkImageMandelbrotSource：创建一个Mandelbrot图像；
vtkImageNoiseSource：创建一个充满随机像素值的噪点的图像；
vtkImageSinusoidSource：创建一个具有正弦像素值的图像；
vtkImageStencilSource：创建一个图像模板；
1.2 直接创建图像
vtkImageData：拓扑上和几何上有规则的数据数组；
1.3 图像文件操作
vtkImageReader2：VTK图像读取类的父类；
vtkBMPReader：读BMP图像；
vtkBMPWriter：写BMP图像；
vtkJPEGReader：读JPEG图像；
vtkJPEGWriter：写JPEG图像；
vtkPNGReader：读PNG图像；
vtkPNGWriter：写PNG图像；
vtkTIFFReader：读TIFF图像；
vtkTIFFWriter：写TIFF图像；
vtkMetaImageReader：读MHA｜MHD图像；
vtkMetaImageWriter：写MHA｜MHD图像；
vtkDicomImageReader：读DICOM图像；
vtkXMLImageDataReader：读基于XML文件格式图像；
vtkXMLImageDataWriter：写基于XML文件格式图像；
vtkImageReader：读RAW格式图像；
vtkImageWriter：写RAW格式图像；
2. 展示
vtkImageViewer2:显示二维图像；
vtkImageActor：在已渲染的3D场景中绘制一个图像；
vtkImageBlend：使用透明度或不透明度将图像混合在一起;
3. 基本操作
3.1 图像信息的访问与修改
使用vtkImageData中的Get加上相应的信息名的形式进行命名；
GetDimensions：获取图像的维数；
GetOrigin ：获取图像的原点；
GetSpacing：获取图像的像素间隔；
使用类vtkChangeImageInfomation用于修改图像的基本信息；
可以修改图像的原点、像素间隔以及范围，另外可以实现图像平移缩放等操作；
3.2 图像像素值的访问与修改
使用vtkImageData的函数GetScalarPointer函数；
virtual void *GetScalarPointer(int coordinates[3]);根据坐标返回对应像素指针
virtual void *GetScalarPointer(int x,int y,int z);根据坐标返回对应像素指针
virtual void *GetScalarPointer();返回图像像素数据首指针；
使用vtkImageIterator类实现迭代器方法访问图像像素；
3.3 图像类型转换
vtkImageCast：图像数据类型转换；可以截断数据；
vtkImageShiftScale：可以指定偏移和比例参数来对输入图像数据进行转换；
3.4 图像颜色映射
vtkImageLuminance：将RGB图像转换为单组分的灰度图像；
vtkImageExtractComponents：提取彩色图像的各个颜色组分；
vtkImageMapToColors：图像彩色映射；
vtkImageAppendComponents：合成彩色图像；
3.5 区域提取
vtkExtractVOI：可以根据用户指定的区域范围提取子图像；
vtkImageReslice：实现图像切面的提取；
3.6 直方图统计
vtkImageAccumulate：实现直方图统计功能；
3.7 图像重采样
vtkImageShrink3D：用于实现图像降采样；
vtkImageMagnify：用于实现图像升采样；
3.8 图像运算
vtkImageMathematics：提供基本一元和二元数学操作；
vtkImageLogic：对一个图像或者两个图像的布尔逻辑运算；
3.9 图像二值化
vtkImageThreshold：实现图像二值化；
4. 边缘检测
vtkImageGradient：计算图像梯度；
vtkSobel2D：计算图像的Sobel算子；
vtkImageLaplacian：拉普拉斯算子；
vtk没有现成使用的Canny算子类；需要自己实现；
5.平滑
vtkImageConvolve：卷积运算，可以实现均值滤波；
vtkImageGaussianSmooth：高斯平滑，默认执行三维高斯滤波；
vtkImageHybridMedian2D：二维图像的中值滤波；
vtkImageAnisotropicDiffusion2D：对二维图像各向异性扩散滤波；
vtkImageAnisotropicDiffusion3D：对三维图像各向异性扩散滤波；
6.频域处理
vtkImageFFT：图像的傅里叶变换；
vtkImageRFFT：图像的逆傅里叶变换；
vtkImageIdealLowPass：理想低通滤波器；
vtkImageButterworthLowPass：巴特沃斯低通滤波器；
vtkImageIdealHighPass：理想高通滤波器；
vtkImageButterworthHighPass：巴特沃斯高通滤波器；
三、总结
本文只是对照记录了《VTK图形图像开发进阶》一书中第五章关于VTK图像处理方面的知识点；有机会对照书本将详细的内容摘录下来；
本文中关于VTK对Image的处理涉及到的类肯定不够全面，后面碰到遗漏的地方会一一补录进来；