http://blog.csdn.net/c80486/article/details/52499919

系列文章：

用OpenCV實現Photoshop算法(一): 圖像旋轉

用OpenCV實現Photoshop算法(二): 圖像剪切

用OpenCV實現Photoshop算法(三): 曲線調整

用OpenCV實現Photoshop算法(四): 色階調整

用OpenCV實現Photoshop算法(五): 亮度對比度調整

用OpenCV實現Photoshop算法(六): 變為黑白圖像

用OpenCV實現Photoshop算法(七): 調整色相飽和度

用OpenCV實現Photoshop算法(八): 可選顏色

用OpenCV實現Photoshop算法(九): 高反差保留

三、曲線調整( Curves Adjustment )

曲線調整是Photoshop的最常用的重要功能之一。

網上關於曲線技術原理的材料都不完整。經過一個多月的探索、不斷實驗，我用OpenCV實現了曲線功能，基本算是揭開了“曲線之謎“。

（一）曲線原理

對於一個RGB圖像, 可以對R, G, B 通道進行獨立的曲線調整，即，對三個通道分別使用三條曲線（Curve）。還可以再增加一條曲線對 三個通道進行整體調整。 因此，對一個圖像，可以用四條曲線調整。最終的結果，是四條曲線調整後合並產生的結果。

我們先來分析對單通道一條曲線的原理，比如：對紅色通道定義一條曲線如下：

圖中，橫軸是輸入，比左到右分別表示0到255. 縱軸是輸出，從下到上分別表示0到255.

該曲線由三個點定義，座標分別為： 點1（0，0）， 點2（127，154），點3（255，255）

點1和點3是默認產生的， 點2是我們新增加的。在這三個點中畫出一條曲線（Spline）.

調整的實現： 當輸入（紅色通道值）為X1時，將輸出值（新的紅色通道值）設為曲線對應的值 Y1.

代碼實現： 對圖片的所有像素點進行掃描， 取紅色值 X1, 換為 對應的 Y1. 其它兩個通道值（綠藍）不變。

比如： 像素點的RGB= (127, 230, 220), 其中紅色值為 X1 = 127, 對應曲線上的值Y1 = 154, 則對該通道曲線調整後 像素點的RGB= (154, 230, 220)

如果曲線僅是一條由左下角到右上角的45度斜線，則 X1 總是等於 Y1, 則曲線調整後 圖片不變。

對紅、綠、藍三個獨立通道調整方式都與上述算法相同。各通道調整是互不相關的。

然後，我們再來分析對RGB通道進行整體調整的原理。

比如： 像素點的RGB= (127, 230, 220), 對RGB通道進行整體調整, 則根據該曲線同時對R， G， B三個值進行調整。

R ＝ 127 作為輸入值， 計算曲線上的 對應輸出值 R1

G = 230作為輸入值, 計算曲線上的 對應輸出值 G1

B = 220作為輸入值, 計算曲線上的 對應輸出值 B1

則新的像素點的RGB ＝（R1， G1， B1）

用幾條曲線同時調整時，先對紅、綠、藍三個獨立通道分別進行調整，最後對RGB總通道進行調整。

由於曲線調整僅僅是數值替換，可以用一個轉換表進行快速運算， 因此，曲線調整的速度是很快的。

（二）曲線的生成

Photoshop使用的曲線是一種SPline 曲線。這種曲線表現力很強，特點是：僅需要定義幾個控制點，就可以定義一條平滑的曲線，且曲線同時通過所有控制點。生成曲線時，只需要給出幾個控制點，調用曲線生成函數即可。

SPline的具體數學原理我就不講了，生成函數可以看下面的源碼Curves.cpp中的spline()函數

（三）曲線調整的opencv實現

我用opencv寫了兩個 C++ 類： Curves類實現了多通道的曲線的定義、繪制、實施調整。 Curve類是一個通道的曲線定義類。

源碼共兩個文件： Curves.hpp, Curves.cpp, 源碼及使用例程可在這裏下載： 曲線算法源碼

源碼有一定的長度，不具體解釋了，請見註釋。補充說明幾點：

1， Curves類中定義了四個Curve對象(即四個通道)，分別是RedChannel, GreenChannel, BlueChannel 和 RGBChannel.

2， Curves類支持用鼠標生成曲線，使用方法見例程。

2， Curves.cpp中的spline()函數是生成曲線數值的，即輸入一串控制點，通過插值運算，生成一系列的輸出值。

3， 除了用鼠標生成曲線以外， 也可以用程序代碼直接生成曲線：

先使用Curve類的clearPoints()方法清除所有控制點，再調用addPoint()方法逐個添加控制點即可。

（四）例程

寫一個例程，使用Curves類，實現曲線調整。

程序中定義了兩個窗口，一個是圖片窗口，一個是曲線窗口。

1. /*
2. * test_Curves.cpp
3. *
4. * Created on: 2016年9月11日
5. * Author: Administrator
6. */
9. #include <cstdio>
10. #include <iostream>
11. #include "opencv2/core.hpp"
12. #include "opencv2/imgproc.hpp"
13. #include "opencv2/highgui.hpp"
14. #include "Curves.hpp"
16. using namespace std;
17. using namespace cv;
19. static string window_name = "Photo";
20. static Mat src;
22. static string curves_window = "Adjust Curves";
23. static Mat curves_mat;
24. static int channel = 0;
25. Curves curves;
27. static void invalidate()
28. {
29. curves.draw(curves_mat);
30. imshow(curves_window, curves_mat);
32. Mat dst;
33. curves.adjust(src, dst);
34. imshow(window_name, dst);
36. int y, x;
37. uchar *p;
39. y = 150; x = 50;
40. p = dst.ptr<uchar>(y) + x * 3;
41. cout << "(" << int(p[2]) << ", " << int(p[1]) << ", " << int(p[0]) << ") ";
43. y = 150; x = 220;
44. p = dst.ptr<uchar>(y) + x * 3;
45. cout << "(" << int(p[2]) << ", " << int(p[1]) << ", " << int(p[0]) << ") ";
47. y = 150; x = 400;
48. p = dst.ptr<uchar>(y) + x * 3;
49. cout << "(" << int(p[2]) << ", " << int(p[1]) << ", " << int(p[0]) << ") " << endl;
50. }
52. static void callbackAdjustChannel(int , void *)
53. {
54. switch (channel) {
55. case 3:
56. curves.CurrentChannel = &curves.BlueChannel;
57. break;
58. case 2:
59. curves.CurrentChannel = &curves.GreenChannel;
60. break;
61. case 1:
62. curves.CurrentChannel = &curves.RedChannel;
63. break;
64. default:
65. curves.CurrentChannel = &curves.RGBChannel;
66. break;
67. }
70. invalidate();
71. }
73. static void callbackMouseEvent(int mouseEvent, int x, int y, int flags, void* param)
74. {
75. switch(mouseEvent) {
76. case CV_EVENT_LBUTTONDOWN:
77. curves.mouseDown(x, y);
78. invalidate();
79. break;
80. case CV_EVENT_MOUSEMOVE:
81. if ( curves.mouseMove(x, y) )
82. invalidate();
83. break;
84. case CV_EVENT_LBUTTONUP:
85. curves.mouseUp(x, y);
86. invalidate();
87. break;
88. }
89. return;
90. }
93. int main()
94. {
95. //read image file
96. src = imread("building.jpg");
97. if ( !src.data ) {
98. cout << "error read image" << endl;
99. return -1;
100. }
102. //create window
103. namedWindow(window_name);
104. imshow(window_name, src);
106. //create Mat for curves
107. curves_mat = Mat::ones(256, 256, CV_8UC3);
109. //create window for curves
110. namedWindow(curves_window);
111. setMouseCallback(curves_window, callbackMouseEvent, NULL );
112. createTrackbar("Channel", curves_window, &channel, 3, callbackAdjustChannel);
115. // 範例：用程序代碼在RedChannel中定義一條曲線
116. // curves.RedChannel.clearPoints();
117. // curves.RedChannel.addPoint( Point(10, 10) );
118. // curves.RedChannel.addPoint( Point(240, 240) );
119. // curves.RedChannel.addPoint( Point(127, 127) );
121. invalidate();
123. waitKey();
125. return 0;
126. }

運行效果如下：

原圖：

對紅色通道（Channel 1）進行曲線調整

然後，對RGB通道（Channel 0）來一個經典的S型曲線調整

呵呵，有點味道了

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