前言

  • 该篇只简单整理VTK图像处理的函数以及对应的功能，详细内容以及具体源码参见《VTK图形图像开发进阶》第五章。

  • 《VTK图形图像开发进阶》下载地址：

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    1.图像创建

  • 图像源Source

    • VTK内置了很多创建图像的Source类，可以创建点、线段、圆、矩形等图像。
    • vtkImageCanvasSousce2D:创建画布（空白图像）；
    • vtkImageEllipsoidSousce:创建前景为椭圆的二值图像；
    • vtkImageGaussianSousce:高斯分布图像；
    • vtkImageGridSousce:网格图像；
    • vtkImageSinusoidSousce:像素值有正弦函数决定的图像；

  • 直接创建图像

    • 手动生成vtkImageData图像数据，再给像素赋值。

      2.图像显示

  • vtkImageViewer2

    • 该类提供主要的交互操作有图像缩放、窗框窗位的调节、切片选择、切片方向设置。
    • 可以根据设置不同的切片方向显示不同方向的切面。

  • 3维医学图像二视图

    • 在医学图像中，不同方向的切面都有特定的名字；
    • 矢状面（Sagital Plane）：沿着身体前后径所做的与地面垂直的切面；
    • 冠状面（Coronal Plane）：沿着身体左右径所做的与地面垂直的切面；
    • 横断面（Transverse/Axial Plane）：与地面平行的切面。

  • vtkImageActor

    • 是一个3维图像渲染Actor，通过纹理映射将图像映射到一个多边形上进行显示。功能类似于vtkImageViewer2。

  • 图像融合

    • 类vtkImageBlend实现图像融合，它可以接收多个图像输入，并输出其融合图像，即把几张图像融合叠在一起显示。

3.VTK图像基本操作

  • 图像信息访问与修改

    • 利用vtkImageData的方法：它提供了多个用于信息访问的函数，例如：

      • GetDimensions()，获取图像维数；
      • GetOrigin(),获取图像原点；
      • GetSpacing()，获取图像像素间隔；
      • 还有多个Set函数用于设置图像信息。

    • 利用类vtkChangeImageInformation:利用这个类可以修改图像原点，像素间隔以及范围，还可以实现图像平移及缩放等操作。

  • 图像像素的访问与修改

    • vtkImageData中提供了GetScalarPointer()函数数据数组指针，该函数有三种形式：

      • virtual void *GetScalarPointer(int coordinates[3]):返回第（x,y,z）个像素的地址；
      • virtual void *GetScalarPointer(int x,int y,int z):返回第（x,y,z）个像素的地址；
      • virtual void *GetScalarPointer():返回图像数据的头指针；
      • GetScalarPointer()返回的是void*类型，需要根据图像的具体数据类型强制转换，然后在根据返回的地址修改像素值。

    • 用vtkImageIterator类实现迭代器方法访问图像像素，使用时需要提供迭代的图像像素类型以及迭代的区域大小。

  • 图像类型转换

    • 类vtkImageCast:只需要把该类的函数SetOutputScalarTypeToXXX()设置相应输出类型即可。
    • 类vtkImageShiftScale:可以指定偏移和比例参数来对输入图像数据进行类型转换操作。

  • 图影颜色映射

    • 灰度图像映射
      • 类vtkImageLuminance：负责将RGB彩色图像转化为单分组的灰度图像，
    • 提取颜色分组
      • 类vtkImageExtractComponents:提取彩色图像的各个颜色组分，使用该类时只需要设置要提取的组分序号即可。
    • 图像彩色映射
      • 类vtkImageMapToColors:实现图像彩色映射，以vtkLookUpTable类生成颜色查找表。原理时先生成颜色查找表，然后根据图像像素的一个标量值在颜色查找表中查找对应的颜色。
    • 颜色合成
      • 前面提到彩色图像的各个颜色组分，VTK也支持将多个灰度图像合并成一个彩色图像，类vtkImageAppendComponents类可以用来合成彩色图像。其输入需要提供三个灰度图像。合成效果为三个图像中对应的三个像素点的像素值合成一个RGB值，如三个图像中100像素的像素值分别为255，0，0，那么合成图像中该点像素值为（255，0，0），为红色。

  • 区域提取

    • 提取感兴趣的区域
      • 感兴趣区域（Volume of Interest,VOI）是图像内部的一块子区域，在VTK中vtkExtractVOI类可根据用户指定的区域提取子图像。
    • 三维图像切面提取
      • VTK中vtkImageReslice类图像切面的提取。

  • 直方图统计

    • 灰度图像直方图
      • vtkImageAccumulate类用于实现直方图统计功能，他将每个分组的数值范围离散的间隔，然后统计每个灰度间隔上的像素数目。虽然vtkImageAccumulate输出的类型为vtkImageData，但是不能直接一图像的方式显示。
      • vtkBarChartActor类用来显示条形图，可以利用它来显示直方图，但该接受的数据类型为vtkDataObject类型，所以在显示之前需要类型转换。
    • 彩色图像直方图
      • 彩色图像有3个颜色通道，因此需要提取RGB3个通道数据分别计算直方图。每个通道计算直方图的方法与灰度图像直方图的计算方法一致。

  • 图像重采样

    • 图像重采样是指对数字图像按所需的像素位置或像素间距重新采样，以构成几何变换后的新图像。当重采样图像维数小于源图像时，称为降采样，当重采样图像维数大于源图像时，称为升采样。
    • 类vtkImageShrink3D用于实现图像降采样，图像会更模糊。
    • 类vtkImageMagnify用于实现图像升采样。

  • 图像运算

    • 数学运算：vtkImageMathematics提供了基本的一元二元数学操作。
    • 逻辑运算：vtkImageLogic接受一个或两个图像进行布尔逻辑运算，该类只要支持与、或、异或、与非、或非、非等操作。
    • 上述两个操作，两个输入的图像输入图像的类型必须保持一致。

  • 图像二值化

    • 图像二值化是一个最简单的图像分割模型，设置一个灰度阈值，将图像中阈值以下的像素设置为背景，阈值以上的设置为前景，即可得到一副二值图像。
    • vtkImageThreshold类可实现图像阈值化处理：
      • ThresholdByUpper()：取大于阈值的灰度范围为有效范围；
      • ThresholdByLower()：取小于阈值的灰度范围为有效范围；
      • ThresholdBetween()：取大于UpperThreshold和LowerThreshold之间的部分为有效范围；

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