基于C++的水灵VTK8学习笔记2（VTK图像处理）

于 2020-07-30 09:20:54 发布
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分类专栏： VTK学习笔记 文章标签： opencv vtk
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VTK资料分享：张晓东的《VTK图形图像开发进阶》全套资料（包含书籍电子版，配套每章节所有源码、实现效果图和工程配置文件）

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本文参考的主要是张晓东的《VTK图形图像开发进阶》和水灵的视频Study VTK Together。使用的平台是VS2019+VTK8.2

 

VTK系列目录：

1 VTK基本概念

2 VTK图像处理

3 VTK图形处理

4 VTK体绘制

 

2 VTK图像处理

实例19：用vtkImageCanvasSource2D创建图像
实例20：用vtkImageViewer2显示三维医学图像mhd的某个切面
实例21：BMP图像信息的访问（图像维数、原点坐标和像素间隔）
实例22：JPG图像信息的访问（图像维数、原点坐标和像素间隔）
实例23：DCM医学图像信息的访问（图像维数、原点坐标和像素间隔）
实例24：BMP图像信息的修改（图像维数、原点坐标和像素间隔）
实例25：BMP图像像素值的访问与修改
实例26：将BMP类型的RGB图像转换为灰度图像
实例27：将BMP类型的RGB图像提取各个颜色（R、G、B）组分(提取颜色组分)
实例28：将JPG类型的灰度图像进行彩色映射(图像彩色映射)
实例29：多个灰度图像合成一个彩色图像(颜色合成)
实例30：提取BMP图像的感兴趣区域(区域提取)
实例31：灰度图像直方图
实例32：图像重采样（降采样）
实例33：图像重采样（降和升采样）
实例34：图像运算（数字运算）
实例35：图像运算（逻辑运算）
实例36：图像二值化
实例37：梯度算子（边缘检测）
实例38：Sobel梯度算子（边缘检测）
实例39：拉普拉斯算子（边缘检测）
实例40：均值滤波（图像光滑）
实例41：高斯平滑（图像光滑）
实例42：中值滤波（图像光滑）
实例43：各向异性滤波（图像光滑）
实例44：二维图像快速傅里叶变换（频域处理）
实例45：理想低通滤波器（频域处理）
实例46：巴特沃斯低通滤波器（频域处理）
实例47：理想高通滤波器（频域处理）
实例48：巴沃斯特高通滤波器（频域处理）

 

实例19：用vtkImageCanvasSource2D创建图像

#include "vtkAutoInit.h" 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageData.h>
#include <vtkImageCanvasSource2D.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkInteractorStyleImage.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkImageActor.h>

int main()
{
	//定义一个vtkImageCanvasSource2D类型对象canvas
	vtkSmartPointer<vtkImageCanvasSource2D> canvas =
		vtkSmartPointer<vtkImageCanvasSource2D>::New();
	//设置画布的像素数据类型为UnsignedChar
	canvas->SetScalarTypeToUnsignedChar();
	//设置组分数目
	canvas->SetNumberOfScalarComponents(1);
	//设置画布的大小
	canvas->SetExtent(0, 100, 0, 100, 0, 0);
	//利用SetDrawColor方法设置绘制矩形颜色
	canvas->SetDrawColor(0, 0, 0, 0);//黑色
	//利用FillBox方法在画布中绘制矩形
	canvas->FillBox(0,100,0,100);
	canvas->SetDrawColor(255, 0, 0, 0);//白色
	canvas->FillBox(20,40,20,40);
	canvas->Update();

	// Create actors
	vtkSmartPointer<vtkImageActor> redActor =
		vtkSmartPointer<vtkImageActor>::New();
	//redActor->SetInput(canvas->GetOutput());
	redActor->SetInputData(canvas->GetOutput());

	// Define viewport ranges
	// (xmin, ymin, xmax, ymax)
	double redViewport[4] = {0.0, 0.0, 1.0, 1.0};
	// Setup renderers
	vtkSmartPointer<vtkRenderer> redRenderer =
		vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
	redRenderer->SetViewport(redViewport);
	redRenderer->AddActor(redActor);
	redRenderer->ResetCamera();
	redRenderer->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);

	// Setup render window
	vtkSmartPointer<vtkRenderWindow> renderWindow =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindow>::New();
	renderWindow->AddRenderer(redRenderer);
	renderWindow->SetSize( 640, 480 );
	renderWindow->Render();
	renderWindow->SetWindowName("ImageCanvasSource2D");

	// Setup render window interactor
	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
	vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleImage> style =
		vtkSmartPointer<vtkInteractorStyleImage>::New();

	renderWindowInteractor->SetInteractorStyle(style);
	// Render and start interaction
	renderWindowInteractor->SetRenderWindow(renderWindow);
	renderWindowInteractor->Initialize();
	renderWindowInteractor->Start();

	return EXIT_SUCCESS;
}

实例20：用vtkImageViewer2显示三维医学图像mhd的某个切面

#include "vtkAutoInit.h" 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageViewer2.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkMetaImageReader.h>//mhd类图像处理类

//测试图像：../data/brain.mhd
int main(int argc, char* argv[])
{
	vtkSmartPointer<vtkMetaImageReader> reader =
		vtkSmartPointer<vtkMetaImageReader>::New();
	//注意：mhd和raw文件要放在同一个文件目录
	reader->SetFileName("C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\VTK2\\hellovtk\\vtk_图像处理学习\\第五章_图像处理\\data\\brain.mhd");
	reader->Update();

	vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> imageViewer =
		vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
	imageViewer->SetInputData(reader->GetOutput());

	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
	imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);

	imageViewer->SetColorLevel(500);//设置窗位为500
	imageViewer->SetColorWindow(2000);//设置窗宽为2000
	imageViewer->SetSlice(40);//设置切片索引
	imageViewer->SetSliceOrientationToXY();//设置切片方向
	imageViewer->Render();

	imageViewer->GetRenderer()->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);
	imageViewer->SetSize(640, 480);
	imageViewer->GetRenderWindow()->SetWindowName("DisplayImageExample");

	renderWindowInteractor->Start();

	return EXIT_SUCCESS;
}

                           

实例21：BMP图像信息的访问（图像维数、原点坐标和像素间隔）

#include "vtkAutoInit.h" 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageViewer2.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkImageReader2Factory.h>
#include <vtkImageReader2.h>
#include <vtkBMPReader.h>
#include <vtkImageData.h>

//测试图像：../data/lena.bmp
int main(int argc, char* argv[])
{
	/*if (argc < 2)
	{
		std::cout<<argv[0]<<" "<<"ImageFile(*.bmp)"<<std::endl;
		return EXIT_FAILURE;
	}*/
	vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader =
		vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();
	//reader->SetFileName ( argv[1] );
	reader->SetFileName("1234.bmp");//读取图片
	reader->Update();

	int dims[3];
	reader->GetOutput()->GetDimensions(dims);
	std::cout<<"图像维数:" <<dims[0]<<" "<<dims[1]<<" "<<dims[2]<<std::endl;

	double origin[3];
	reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);
	std::cout<<"图像原点:" <<origin[0]<<" "<<origin[1]<<" "<<origin[2]<<std::endl;

	double spaceing[3];
	reader->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);
	std::cout<<"像素间隔:" <<spaceing[0]<<" "<<spaceing[1]<<" "<<spaceing[2]<<std::endl;

	vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> imageViewer =
		vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
	imageViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
	imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);
	imageViewer->Render();
	imageViewer->GetRenderer()->ResetCamera();
	imageViewer->Render();

	imageViewer->GetRenderer()->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);
	imageViewer->SetSize(640, 480);
	imageViewer->GetRenderWindow()->SetWindowName("GetImageInformationExample");

	renderWindowInteractor->Start();

	return EXIT_SUCCESS;
}

     

实例22：JPG图像信息的访问（图像维数、原点坐标和像素间隔）

#include <vtkAutoInit.h>
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageViewer2.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkImageReader2Factory.h>
#include <vtkImageReader2.h>
#include <vtkJPEGReader.h>//JPEG图像读取类
#include <vtkImageData.h>

//测试图像：../data/lena.jpg
int main(int argc, char* argv[])
{
	//实例化一个对象dcmReader
	vtkJPEGReader* reader = vtkJPEGReader::New();
	reader->SetFileName("lena.jpg");//读取图像

	reader->Update();

	int dims[3];
	reader->GetOutput()->GetDimensions(dims);
	std::cout << "图像维数:" << dims[0] << " " << dims[1] << " " << dims[2] << std::endl;

	double origin[3];
	reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);
	std::cout << "图像原点:" << origin[0] << " " << origin[1] << " " << origin[2] << std::endl;

	double spaceing[3];
	reader->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);
	std::cout << "像素间隔:" << spaceing[0] << " " << spaceing[1] << " " << spaceing[2] << std::endl;

	vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> imageViewer =
		vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
	imageViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
	imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);
	imageViewer->Render();
	imageViewer->GetRenderer()->ResetCamera();
	imageViewer->Render();

	imageViewer->GetRenderer()->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);
	imageViewer->SetSize(640, 480);
	imageViewer->GetRenderWindow()->SetWindowName("GetImageInformationExample");

	renderWindowInteractor->Start();

	return 0;
}

  

实例23：DCM医学图像信息的访问（图像维数、原点坐标和像素间隔）

#include "vtkAutoInit.h" 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageViewer2.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkImageReader2Factory.h>
#include <vtkImageReader2.h>
//#include <vtkBMPReader.h>
#include <vtkImageData.h>
#include <vtkDICOMImageReader.h>//DCM医学文件读取类

//测试图像：../data/lena.bmp
int main(int argc, char* argv[])
{
	/*vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader =
		vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();*/

	//实例化一个对象dcmReader
	vtkDICOMImageReader* reader = vtkDICOMImageReader::New();
	reader->SetFileName("C:\\Users\\Administrator\\Desktop\\VTK2\\hellovtk\\CT\\123.dcm");//读单张切片

	//reader->SetFileName("lena.bmp");//读取图片
	reader->Update();

	int dims[3];
	reader->GetOutput()->GetDimensions(dims);
	std::cout<<"图像维数:" <<dims[0]<<" "<<dims[1]<<" "<<dims[2]<<std::endl;

	double origin[3];
	reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);
	std::cout<<"图像原点:" <<origin[0]<<" "<<origin[1]<<" "<<origin[2]<<std::endl;

	double spaceing[3];
	reader->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);
	std::cout<<"像素间隔:" <<spaceing[0]<<" "<<spaceing[1]<<" "<<spaceing[2]<<std::endl;

	vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> imageViewer =
		vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
	imageViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
	imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);
	imageViewer->Render();
	imageViewer->GetRenderer()->ResetCamera();
	imageViewer->Render();

	imageViewer->GetRenderer()->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);
	imageViewer->SetSize(640, 480);
	imageViewer->GetRenderWindow()->SetWindowName("GetImageInformationExample");

	renderWindowInteractor->Start();

	return EXIT_SUCCESS;
}

          

实例24：BMP图像信息的修改（图像维数、原点坐标和像素间隔）

#include "vtkAutoInit.h" 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageViewer2.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkBMPReader.h>
#include <vtkImageChangeInformation.h>
#include <vtkImageData.h>

//测试图像：../data/lena.bmp
int main(int argc, char* argv[])
{
	/*if (argc < 2)
	{
		std::cout<<argv[0]<<" "<<"ImageFile(*.bmp)"<<std::endl;
		return EXIT_FAILURE;
	}*/

	vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader =
		vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();
	//reader->SetFileName(argv[1]);
	reader->SetFileName("lena.bmp");
	reader->Update();

	int dims[3];
	double origin[3];
	double spaceing[3];

	reader->GetOutput()->GetDimensions(dims);
	std::cout<<"原图像维数:" <<dims[0]<<" "<<dims[1]<<" "<<dims[2]<<std::endl;
	reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);
	std::cout<<"原图像原点:" <<origin[0]<<" "<<origin[1]<<" "<<origin[2]<<std::endl;
	reader->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);
	std::cout<<"原像素间隔:" <<spaceing[0]<<" "<<spaceing[1]<<" "<<spaceing[2]<<std::endl<<std::endl;;

	vtkSmartPointer<vtkImageChangeInformation> changer =
		vtkSmartPointer<vtkImageChangeInformation>::New();
	changer->SetInputData(reader->GetOutput());//
	changer->SetOutputOrigin(100, 100, 0);
	changer->SetOutputSpacing(5,5,1);
	changer->SetCenterImage(1);
	changer->Update();

	changer->GetOutput()->GetDimensions(dims);
	std::cout<<"修改后图像维数:" <<dims[0]<<" "<<dims[1]<<" "<<dims[2]<<std::endl;
	changer->GetOutput()->GetOrigin(origin);
	std::cout<<"修改后图像原点:" <<origin[0]<<" "<<origin[1]<<" "<<origin[2]<<std::endl;
	changer->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);
	std::cout<<"修改后像素间隔:" <<spaceing[0]<<" "<<spaceing[1]<<" "<<spaceing[2]<<std::endl;

	vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> imageViewer =
		vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
	imageViewer->SetInputConnection(changer->GetOutputPort());
	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
	imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);
	imageViewer->Render();
	imageViewer->GetRenderer()->ResetCamera();
	imageViewer->Render();

	imageViewer->GetRenderer()->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);
	imageViewer->SetSize(640, 480);
	imageViewer->GetRenderWindow()->SetWindowName("ImageChangeInformationExample");


	renderWindowInteractor->Start();

	return EXIT_SUCCESS;
}

    

注：SetCenterImage函数作用是将（0，0，0）点置于图像的中心，所以本程序执行该函数时会从新调用SetOutputOrigin（），所以会覆盖上方设置的原点位置，如果想让本程序输出设定的原点位置为（100，100，0），只需屏蔽语句SetCenterImage（1）

实例25：BMP图像像素值的访问与修改

#include "vtkAutoInit.h" 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);
#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageViewer2.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkBMPReader.h>
#include <vtkImageData.h>
#include <vtkImageIterator.h>

//测试图像：../data/lena.bmp
int main(int argc, char* argv[])
{
	vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader =
	vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();
	reader->SetFileName ( "lena.bmp" );
	reader->Update();

	int subRegion[6] = {0,300, 0, 300, 0, 0};
	vtkImageIterator<unsigned char> it(reader->GetOutput(), subRegion);

	while(!it.IsAtEnd())
	{
		unsigned char *inSI = it.BeginSpan();
		unsigned char *inSIEnd = it.EndSpan();

		while(inSI != inSIEnd)
		{
			*inSI = 255-*inSI;
			++inSI;
		}
		it.NextSpan();
	}

	vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> imageViewer =
		vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
	imageViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());

	vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor =
		vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
	imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);
	imageViewer->Render();
	imageViewer->GetRenderer()->ResetCamera();
	imageViewer->Render();

	imageViewer->GetRenderer()->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);
	imageViewer->SetSize(640, 480);
	imageViewer->GetRenderWindow()->SetWindowName("VisitImagePixelIterativelyExample");

	renderWindowInteractor->Start();

	return 0;
}

实例26：将BMP类型的RGB图像转换为灰度图像

#include "vtkAutoInit.h" 
VTK_MODULE_INIT(vtkRenderingOpenGL2);
VTK_MODULE_INIT(vtkInteractionStyle);

#include <vtkSmartPointer.h>
#include <vtkImageData.h>
#include <vtkRenderWindow.h>
#include <vtkRenderWindowInteractor.h>
#include <vtkInteractorStyleImage.h>
#include <vtkRenderer.h>
#include <vtkImageActor.h>
#include <vtkBMPReader.h>
#include <vtkImageLuminance.h>

//测试图像：../data/lena.bmp
int main(int argc, char* argv[])
{
	vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader =
    vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();
	reader->SetFileName ( "lena.bmp" );

	vtkSmartPointer<vtkImageLuminance> luminanceFilter = 
		vtkSmartPointer<vtkImageLuminance>::New();
	luminanceFilter->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
	luminanceFilter->Update();

	vtkSmartPointer<vtkImageActor> originalActor =
		vtkSmartPointer<vtkImageActor>::New();
	originalActor->SetInputData(reader->GetOutput());

	vtkSmartPointer<vtkImageActor> shiftscaleActor =
		vtkSmartPointer<vtkImageActor>::New();
	shiftscaleActor->SetInputData(luminanceFilter->GetOutput());

	double originalViewport[4] = {0.0, 0.0, 0.5, 1.0};
	double shiftscaleViewport[4] = {0.5, 0.0, 1.0, 1.0};

	vtkSmartPointer<vtkRenderer> originalRenderer =
		vtkSmartPointer<vtkRenderer>::New();
	originalRenderer->SetViewport(originalViewport);
	originalRenderer->AddActor(originalActor);
	originalRenderer->ResetCamera();
	originalRenderer->SetBackground(1.0, 1.0, 1.0);

	vtkSmartPointer<vtkRenderer> shiftscaleRenderer =
		vtkSmartPointer<
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