c++ - 图像电平调整算法

Question

我需要在 C++ 中实现调整图像级别的算法，其工作方式类似于 Photoshop 或 GIMP 中的 Levels 功能。 IE。输入是:要调整的颜色 RGB 图像调整，同时点、黑点、中间调点、输出值。但我还没有找到任何关于如何执行此调整的信息。可能有人推荐我学习算法描述或资料。

目前我已经自己想出了以下代码，但它没有给出预期的结果，类似于我所看到的，例如在 GIMP 中，图像变得太亮了。下面是我当前的代码片段:

const int normalBlackPoint = 0;
const int normalMidtonePoint = 127;
const int normalWhitePoint = 255;
const double normalLowRange = normalMidtonePoint - normalBlackPoint + 1;
const double normalHighRange = normalWhitePoint - normalMidtonePoint;

int blackPoint = 53;
int midtonePoint = 110;
int whitePoint = 168;
int outputFrom = 0;
int outputTo = 255;

double outputRange = outputTo - outputFrom + 1;
double lowRange = midtonePoint - blackPoint + 1;
double highRange = whitePoint - midtonePoint;
double fullRange = whitePoint - blackPoint + 1;
double lowPart = lowRange / fullRange; 
double highPart = highRange / fullRange; 

int dim(256);
cv::Mat lut(1, &dim, CV_8U);
for(int i = 0; i < 256; ++i)
{
    double p = i > normalMidtonePoint
        ? (static_cast<double>(i - normalMidtonePoint) / normalHighRange) * highRange * highPart + lowPart
        : (static_cast<double>(i + 1) / normalLowRange) * lowRange * lowPart;
    int v = static_cast<int>(outputRange * p ) + outputFrom - 1;
    if(v < 0) v = 0;
    else if(v > 255) v = 255;
    lut.at<uchar>(i) = v;
}


....

    cv::Mat sourceImage = cv::imread(inputFileName, CV_LOAD_IMAGE_COLOR);
    if(!sourceImage.data)
    {
        std::cerr << "Error: couldn't load image " << inputFileName << "." << std::endl;
        continue;
    }


#if 0       
    const int forwardConversion = CV_BGR2YUV;
    const int reverseConversion = CV_YUV2BGR;
#else
    const int forwardConversion = CV_BGR2Lab;
    const int reverseConversion = CV_Lab2BGR;
#endif

    cv::Mat convertedImage;
    cv::cvtColor(sourceImage, convertedImage, forwardConversion);

    // Extract the L channel
    std::vector<cv::Mat> convertedPlanes(3);
    cv::split(convertedImage, convertedPlanes);

    cv::LUT(convertedPlanes[0], lut, convertedPlanes[0]);

    //dst.copyTo(convertedPlanes[0]);
    cv::merge(convertedPlanes, convertedImage);

    cv::Mat resImage;
    cv::cvtColor(convertedImage, resImage, reverseConversion);
    cv::imwrite(outputFileName, resImage);

Answer 1

Photoshop 色阶调整的伪代码

首先，计算用于中间调调整的 Gamma 校正值(如果需要)。下面粗略地模拟了 Photoshop 的技术，它对中间调值 0-128 应用 gamma 9.99-1.00，对 128-255 应用 1.00-0.01。

应用 Gamma 校正:

Gamma = 1
MidtoneNormal = Midtones / 255
If Midtones < 128 Then
    MidtoneNormal = MidtoneNormal * 2
    Gamma = 1 + ( 9 * ( 1 - MidtoneNormal ) )
    Gamma = Min( Gamma, 9.99 )
Else If Midtones > 128 Then
    MidtoneNormal = ( MidtoneNormal * 2 ) - 1
    Gamma = 1 - MidtoneNormal
    Gamma = Max( Gamma, 0.01 )
End If
GammaCorrection = 1 / Gamma

然后，对于每个像素的每个 channel 值 R、G、B (0-255)，按顺序执行以下操作。

应用输入级别:

ChannelValue = 255 * ( ( ChannelValue - ShadowValue ) / 
    ( HighlightValue - ShadowValue ) )

应用中间调:

If Midtones <> 128 Then
    ChannelValue = 255 * ( Pow( ( ChannelValue / 255 ), GammaCorrection ) )
End If

应用输出级别:

ChannelValue = ( ChannelValue / 255 ) *
    ( OutHighlightValue - OutShadowValue ) + OutShadowValue

地点:

• 所有 channel 和调整参数值都是整数，包括 0-255
• Shadow/Midtone/HighlightValue 是输入调整值(默认 0、128、255)
• OutShadow/HighlightValue 为输出调整值(默认 0、255)
• 您应该优化事物并确保值保持在范围内(例如每个 channel 为 0-255)

为了更准确地模拟 Photoshop，如果中间调 < 128，您可以使用非线性插值曲线。默认情况下，Photoshop 还会切掉最暗和最亮的 0.1% 的值。