c++ - 设置16位灰度QImage的像素值

Question

我有一个宽度为 ("imagewidth") 和高度为 ("imageheight") 的 16 位图像。数据当前存储在一个长度为("imagewidth"*"imageheight")的unsigned short int数组中

我想从我称为“数据”的数据集中创建一个 16 位灰度 QImage(使用 Qt 5.14)。

这是我正在使用的代码:

QImage image = Qimage(imagewidth,imageheight,QImage::Format_Grayscale16);

for(int i=0;i<imagewidth;i++)
{
   for(int j=0;j<imageheight;j++)
   {

    uint pixelval = data[i+j*imagewidth];
    QRgb color = qRgb(pixelval, pixelval, pixelval);
    image.setPixel(i,j, color);

   }
}

代码正在运行，我正在获取图像，但我只能获取以 255 为增量的值...所以 0、255...

如何将每个像素的实际像素值设置为 0 到 65535？

Answer 1

QRgba64是 16 位(每个组件)颜色的正确选择。

另一种选择是使用 QImage::pixelColor() 检索颜色(并使用 QImage::setPixelColor() 设置)应该或多或少与深度无关。

函数qRgb()是一个糟糕的选择，因为它有意处理 8 位(每个组件)颜色。

来自 Qt 文档:

QRgb QColor::qRgb(int r, int g, int b)

Returns the ARGB quadruplet (255, r, g, b).

alpha 的值 255 给出了第一个提示，但检查结果类型 QRgb使这一点显而易见:

typedef QColor::QRgb

An ARGB quadruplet on the format #AARRGGBB, equivalent to an unsigned int.

一览source code on woboq.org支持这个:

inline Q_DECL_CONSTEXPR QRgb qRgb(int r, int g, int b)// set RGB value
{ return (0xffu << 24) | ((r & 0xffu) << 16) | ((g & 0xffu) << 8) | (b & 0xffu); }

一个小例子来说明这一点:

#include <QtWidgets>

int main(int argc, char **argv)
{
  qDebug() << "Qt Version:" << QT_VERSION_STR;
  qDebug() << "qRgb(1 << 12, 1 << 12, 1 << 12):"
    << hex << qRgb(1 << 12, 1 << 12, 1 << 12);
  qDebug() << "QColor(qRgb(1 << 12, 1 << 12, 1 << 12)):"
    << QColor(qRgb(1 << 12, 1 << 12, 1 << 12));
  qDebug() << "QColor().fromRgba64(1 << 12, 1 << 12, 1 << 12):"
    << QColor().fromRgba64(1 << 12, 1 << 12, 1 << 12);
  // done
  return 0;
}

输出:

Qt Version: 5.11.2
qRgb(1 << 12, 1 << 12, 1 << 12): ff000000
QColor(qRgb(1 << 12, 1 << 12, 1 << 12)): QColor(ARGB 1, 0, 0, 0)
QColor().fromRgba64(1 << 12, 1 << 12, 1 << 12): QColor(ARGB 1, 0.062501, 0.062501, 0.062501)

---

使用 QColor 和同伴的替代方法是将 data 值直接写入图像:

QImage image = Qimage(imagewidth, imageheight, QImage::Format_Grayscale16);
for (int j = 0; j < imageheight; ++j) {
  quint16 *dst = (quint16*)(image.bits() + j * image.bytesPerLine());
  for (int i = 0; i < imagewidth; ++i) {
    dst[i] = data[i + j * imagewidth];
  }
}

这肯定比将 data 值转换为颜色再转换为灰度级更快更准确。

请注意，我将循环换成了行和列。处理源 (data) 和目标 (dst) 中的连续字节将提高缓存局部性并在速度上获得返回。

---

在撰写本文时，具有 16 位深度的图像在 Qt 中是相当新的。

Qt 5.12 中添加了每个组件 16 位深度的新颜色格式:

• QImage::Format_RGBX64 = 25
  图像使用 64 位半字排序的 RGB(x) 格式 (16-16-16-16) 存储。这与 Format_RGBX64 相同，除了 alpha 必须始终为 65535。(在 Qt 5.12 中添加)
• QImage::Format_RGBA64 = 26
  图像使用 64 位半字排序的 RGBA 格式 (16-16-16-16) 存储。 (在 Qt 5.12 中添加)
• QImage::Format_RGBA64_Premultiplied = 27
  图像使用预乘 64 位半字排序的 RGBA 格式 (16-16-16-16) 进行存储。 (在 Qt 5.12 中添加)

Qt 5.13 中加入了 16 位深度的灰度:

• QImage::Format_Grayscale16 = 28
  图像使用 16 位灰度格式存储。 (在 Qt 5.13 中添加)

(文档复制自enum QImage::Format)

为了解决这个问题，我制作了一个示例应用程序，用于将每分量 16 位的 RGB 图像转换为 16 位灰度。

testQImageGray16.cc:

#include <QtWidgets>

QImage imageToGray16(const QImage &qImg)
{
  QImage qImgGray(qImg.width(), qImg.height(), QImage::Format_Grayscale16);
  for (int y = 0; y < qImg.height(); ++y) {
    for (int x = 0; x < qImg.width(); ++x) {
      qImgGray.setPixelColor(x, y, qImg.pixelColor(x, y));
    }
  }
  return qImgGray;
}

class Canvas: public QWidget {
  private:
    QImage _qImg;
  public:
    std::function<void(QPoint)> sigMouseMove;

  public:
    Canvas(QWidget *pQParent = nullptr):
      QWidget(pQParent)
    {
      setMouseTracking(true);
    }
    Canvas(const QImage &qImg, QWidget *pQParent = nullptr):
      QWidget(pQParent), _qImg(qImg)
    {
      setMouseTracking(true);
    }
    virtual ~Canvas() = default;
    Canvas(const Canvas&) = delete;
    Canvas& operator=(const Canvas&) = delete;

  public:
    virtual QSize sizeHint() const { return _qImg.size(); }
    const QImage& image() const { return _qImg; }
    void setImage(const QImage &qImg) { _qImg = qImg; update(); }
  protected:
    virtual void paintEvent(QPaintEvent *pQEvent) override;
    virtual void mouseMoveEvent(QMouseEvent *pQEvent) override;
};

void Canvas::paintEvent(QPaintEvent *pQEvent)
{
  QWidget::paintEvent(pQEvent);
  QPainter qPainter(this);
  qPainter.drawImage(0, 0, _qImg);
}

void Canvas::mouseMoveEvent(QMouseEvent *pQEvent)
{
  if (sigMouseMove) sigMouseMove(pQEvent->pos());
}

QString getInfo(const QImage &qImg)
{
  QString qStr;
  QDebug(&qStr) << "Image Info:\n" << qImg;
  for (int i = 0, len = qStr.length(); i < qStr.length(); ++i) {
    if (qStr[i] == ',' && i + 1 < len && qStr[i + 1] != ' ') qStr[i] = '\n';
  }
  return qStr;
}

QString getPixelInfo(const QImage &qImg, QPoint pos)
{
  if (!QRect(QPoint(0, 0), qImg.size()).contains(pos)) return QString();
  const int bytes = (qImg.depth() + 7) / 8; assert(bytes > 0);
  const QByteArray data(
    (const char*)(qImg.bits()
      + pos.y() * qImg.bytesPerLine()
      + (pos.x() * qImg.depth() + 7) / 8),
    bytes);
  QString qStr;
  QDebug(&qStr) << pos << ":" << qImg.pixelColor(pos)
    << "raw:" << QString("#") + data.toHex();
  return qStr;
}

int main(int argc, char **argv)
{
  qDebug() << "Qt Version:" << QT_VERSION_STR;
  QApplication app(argc, argv);
  // load sample data
  const QImage qImgRGB16("pnggrad16rgb.png"/*, QImage::Format_RGBX64*/);
  // setup GUI
  QWidget winMain;
  QGridLayout qGrid;
  int col = 0, row = 0;
  QLabel qLblRGBInfo(getInfo(qImgRGB16));
  qGrid.addWidget(&qLblRGBInfo, row++, col);
  Canvas qCanvasRGB(qImgRGB16);
  qGrid.addWidget(&qCanvasRGB, row++, col);
  QLabel qLblRGB;
  qGrid.addWidget(&qLblRGB, row++, col);
  row = 0; ++col;
  Canvas qCanvasGray(qImgRGB16.convertToFormat(QImage::Format_Grayscale16));
  QLabel qLblGrayInfo;
  qGrid.addWidget(&qLblGrayInfo, row++, col);
  qGrid.addWidget(&qCanvasGray, row++, col);
  QLabel qLblGray;
  qGrid.addWidget(&qLblGray, row++, col);
  QHBoxLayout qHBoxQImageConvert;
  QButtonGroup qBtnGrpQImageConvert;
  QRadioButton qTglQImageConvertBuiltIn("Use QImage::convertToFormat()");
  qBtnGrpQImageConvert.addButton(&qTglQImageConvertBuiltIn);
  qTglQImageConvertBuiltIn.setChecked(true);
  qHBoxQImageConvert.addWidget(&qTglQImageConvertBuiltIn);
  QRadioButton qTglQImageConvertCustom("Use imageToGray16()");
  qBtnGrpQImageConvert.addButton(&qTglQImageConvertCustom);
  qHBoxQImageConvert.addWidget(&qTglQImageConvertCustom);
  qGrid.addLayout(&qHBoxQImageConvert, row++, col);
  winMain.setLayout(&qGrid);
  winMain.show();
  // install signal handlers
  auto updatePixelInfo = [&](QPoint pos)
  {
    qLblRGB.setText (getPixelInfo(qCanvasRGB.image(), pos));
    qLblGray.setText(getPixelInfo(qCanvasGray.image(), pos));
  };
  qCanvasRGB.sigMouseMove = updatePixelInfo;
  qCanvasGray.sigMouseMove = updatePixelInfo;
  auto updateGrayImage = [&](bool customConvert)
  {
    qCanvasGray.setImage(customConvert
      ? qImgRGB16.convertToFormat(QImage::Format_Grayscale16)
      : imageToGray16(qImgRGB16));
    qLblGrayInfo.setText(getInfo(qCanvasGray.image()));
    qLblGray.setText(QString());
  };
  QObject::connect(&qTglQImageConvertBuiltIn, &QRadioButton::toggled,
    [&](bool checked) { if (checked) updateGrayImage(false); });
  QObject::connect(&qTglQImageConvertCustom, &QRadioButton::toggled,
    [&](bool checked) { if (checked) updateGrayImage(true); });
  // runtime loop
  updateGrayImage(false);
  return app.exec();
}

和 CMake CMakeLists.txt 的构建脚本:

project(QImageGray16)

cmake_minimum_required(VERSION 3.10.0)

set_property(GLOBAL PROPERTY USE_FOLDERS ON)
set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)
set(CMAKE_CXX_EXTENSIONS OFF)

find_package(Qt5Widgets CONFIG REQUIRED)

include_directories("${CMAKE_SOURCE_DIR}")

add_executable(testQImageGray16
  testQImageGray16.cc)

target_link_libraries(testQImageGray16
  Qt5::Widgets)

# define QT_NO_KEYWORDS to prevent confusion between of Qt signal-slots and
# other signal-slot APIs
target_compile_definitions(testQImageGray16 PUBLIC QT_NO_KEYWORDS)

我下载了一个示例图片 pnggrad16rgb.png来自 www.fnordware.com/superpng/samples.html . (其他示例图像可以在 The "official" test-suite for PNG 上找到。)

在 VS2017 中构建并运行后，我得到了以下快照:

当鼠标移到显示的图像上时，底部标签显示图像中的当前位置和相应的像素作为 QColor 和原始十六进制值。

出于好奇，我用两个嵌套循环实现了 OP 的方法(修复了 qRgb() 问题):

QImage imageToGray16(const QImage &qImg)
{
  QImage qImgGray(qImg.width(), qImg.height(), QImage::Format_Grayscale16);
  for (int y = 0; y < qImg.height(); ++y) {
    for (int x = 0; x < qImg.width(); ++x) {
      qImgGray.setPixelColor(x, y, qImg.pixelColor(x, y));
    }
  }
  return qImgGray;
}

将结果与 QImage::convertToFormat() 进行比较这是我在 Qt 文档中找到的。

QImage QImage::convertToFormat(QImage::Format format, Qt::ImageConversionFlags flags = Qt::AutoColor) const &

QImage QImage::convertToFormat(QImage::Format format, Qt::ImageConversionFlags flags = Qt::AutoColor) &&

Returns a copy of the image in the given format.

The specified image conversion flags control how the image data is handled during the conversion process.

这很有趣:

没有明显的区别。不过，考虑到显示器可能会将颜色深度降低到 8 或 10，这可能并不令人惊讶(除了人类可能无法区分 2¹⁶ 灰色阴影或 2 ¹⁶³ RGB 值。

然而，通过删除图像，我意识到 QImage::convertToFormat() ，每个像素的第一个和第二个字节始终相同(例如 b2b2)，使用 imageToGray16() 进行自定义转换时情况并非如此。

我没有深入挖掘，但值得进一步研究这些方法中哪种方法实际上更准确。