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Qt编程进阶(34):OpenCV图片增强实例

nanyue 2024-08-11 20:42:45 技术文章 5 ℃

拍出的原始图片色彩上大都较为暗淡，且清晰度也不尽如人意。本文用OpenCV库来对图片的对比度及亮度进行调整，达到增强显示的效果。

1.程序界面

创建一个Qt桌面应用程序项目，项目名称为“OpencvEnhance”，设计程序界面如下图所示。

2.库设置

在项目的.pro文件中添加如下语句：

INCLUDEPATH += D:\OpenCV\Opencv_4.5.4-Build\install\include
LIBS += D:\OpenCV\Opencv_4.5.4-Build\install\x64\mingw\lib\libopencv_*.a

这里根据自己的opencv路径进行更改。

3.全局变量及方法

为了提高程序代码的使用效率，通常建议将程序中公用的图片对象的句柄声明为全局变量，通用的方法声明为公有（public）方法，定义在项目.h头文件中。

“mainwindow.h”头文件的代码如下：

#include <QMainWindow>
#include "opencv2/opencv.hpp" //opencv包含文件
using namespace cv; // opencv 命名空间

QT_BEGIN_NAMESPACE
namespace Ui { class MainWindow; }
QT_END_NAMESPACE

class MainWindow : public QMainWindow
{
	Q_OBJECT
public:
  MainWindow(QWidget *parent = nullptr);
  ~MainWindow();
  //公有方法 //(a)
  void initMainWindow(); // 界面初始化
  void imgProc(float contrast, int brightness);// 处理图片
  void imgShow();//显示图片
private slots:
  void on_sliderContrast_sliderMoved(int position); //对比度滑条拖动槽
  void on_sliderContrast_valueChanged(int value);//对比度滑条值改变槽
  void on_sliderBrightness_sliderMoved(int position);//亮度滑条拖动槽
  void on_sliderBrightness_valueChanged(int value);//亮度滑条值改变槽
private:
  Ui::MainWindow *ui;
  //全局变量 // (b)
  Mat myImg; // 缓存图片（ 供程序代码引用和处理）
  QImage myQImg; // 保存图片（可转为文件保存和显示）
};

其中，

  • (a) 公有方法：为了使所开发的图片处理程序结构明晰，在头文件中定义3个公有方法：initMainWindow()、imgProc()和imgShow(),分别负责初始化界面、处理和显示图片。
  • (b) 全局变量：使用两个通用的全局变量，myImg是Mat点阵类型的，以像素形式缓存图片，用于程序代码中的引用和处理；myQImg是Qt传统的QImage类型，只用于图片的显示和存盘，而不用于处理操作。

下面实现具体功能的代码皆位于“mainwindow.cpp”源文件中。

3.初始化显示

首先在Qt界面上显示待处理的图片，在构造方法中添加如下代码:

MainWindow::MainWindow(QWidget *parent)
: QMainWindow(parent), ui(new Ui::MainWindow)
{
  ui->setupUi(this);
  initMainWindow(); //调用初始化界面方法
}

初始化方法initMainWindow()的代码为：

void MainWindow::initMainWindow()
{
  QString imgPath = "test.jpg"; //本地路径（图片直接存放在项目目录下）
  Mat imgData = imread(imgPath.toLatin1().data());//读取图片数据
  cvtColor(imgData,imgData, COLOR_BGR2RGB); //图片格式转换
  myImg = imgData; // (a)
  myQImg = QImage((const unsigned char*)(imgData.data), imgData.cols, imgData.rows, QImage::Format_RGB888);
  imgShow(); //(b)
}

其中，

  • (a) myImg = imgData：赋给myImg全局变量待处理。在后面会看到，对于图片处理过程的每一步改变所产生的中间结果图片都会随时保存更新到Mat类型的全局变量mylmg中，这样程序在进行图片处理时只要访问mylmg中的数据即可，非常方便。
  • (b) imgShow()：调用显示图片的公有方法，该方法中只有一句：
void MainWindow::imgShow()
{
  ui->labView->setPixmap(QPixmap::fromImage(myQImg.scaled(ui->labView->size(),
  Qt::KeepAspectRatio))); //在 Qt 界面上显示图片
}

即通过fromImage()方法获取到Qlmage对象的QPixmap类型数据，再赋值给界面标签的相应属性，即可用于显示图片。

4.增强处理功能

增强处理功能写在imgProc()方法中，该方法接收2个参数，分别表示图片对比度和亮度系数，实现代码为：

void MainWindow::imgProc(float con, int bri)
{
  Mat imgSrc = myImg;
  Mat imgDst = Mat::zeros(imgSrc.size(), imgSrc.type());//初始生成空的零像素阵列
  imgSrc.convertTo(imgDst, -1, con, bri); //(a)
  myQImg = QImage((const unsigned char*)(imgDst.data),imgDst.cols, imgDst.rows, QImage::Format_RGB888);
  imgShow();
}

其中，

  • (a) imgSrc.convertTo(imgDst, -1, con, bri)：OpenCV增强图片使用的是点算子，即用常数对每个像素点执行乘法和加法的复合运算，公式如下：g(i,j)=a*f(i,j)+b。式中，f(i,j)代表一个原图的像素点；a是增益参数，控制图片对比度；b是偏置参数，控制图片亮度；而g(i,j)则表示经处理后的对应像素点。本例中这两个参数分别对应程序中的变量con和bri,执行时将它们的值传入OpenCV的convertTo()方法，在其内部就会对图片上的每个点均运用上式的算法进行处理变换。

除直接使用OpenCV库的像素转换函数convertTo()外，因Qt处理图片还可以通过编程对单个像素分别进行，故上面的程序段也可以改写为：

void MainWindow::imgProc(float con, int bri)
{
  Mat imgSrc = myImg;
  Mat imgDst = Mat::zeros(imgSrc.size(), imgSrc.type());
  //执行运算 imgDst(i,j)=con*imgSrc(i,j)+bri
  for( int i = 0; i < imgSrc.rows; i++){
    for( int j = 0; j < imgSrc.cols; j++){
      for(int c = 0; c < 3; c++){
      imgDst.at<Vec3b>(i,j)[c] = saturate_cast<uchar>(con*(imgSrc.at<Vec3b>(i,j)[c]) + bri); //(a)
      }
    }
  }
  myQImg = QImage((const unsigned char*)(imgDst.data), imgDst.cols, imgDst. rows, QImage::Format_RGB888);
  imgShow();
}

其中，

  • (a) imgDst.at<Vec3b>(i,j)[c] = saturate_cast<uchar>(con*(imgSrc.at<Vec3b>(i,j)[c]) + bri):为了能够访问图片中的每个像素，我们用语法“imgDst.at<Vec3b>(i,j)[c]”，其中，i是像素所在的行，j是像素所在的列，c是RGB标准像素三个色彩通道之一。由于算法运算结果可能超出像素标准的取值范围，也可能是非整数，所以要用saturate_cast对结果再进行一次转换，以确保它为有效的值。

5.界面响应事件

为使界面上的滑条响应用户操作，当用户拖动或单击滑条时能实时地调整画面像素强度，还要编写事件过程代码如下：

void MainWindow::on_sliderContrast_sliderMoved(int position)
{
	imgProc(position / 33.3, 0);
}
void MainWindow::on_sliderContrast_valueChanged(int value)
{
	imgProc(value / 33.3, 0);
}
void MainWindow::on_sliderBrightness_sliderMoved(int position)
{
	imgProc(1.0, position);
}
void MainWindow::on_sliderBrightness_valueChanged(int value)
{
	imgProc(1.0, value);
}

6.运行效果

程序运行后，界面上显示一幅原始图片。用户可用鼠标拖动滑条或直接单击滑条上的任意位置来调整图片的对比度和亮度，如下图所示。

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