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9.2灰度线性变换灰度线性变换是最常用的点运算操作之一，下面先介绍其基本原理。9.2.1基本原理灰度线性变换是灰度变换的一种，图像的灰度变换通过建立灰度映射来调整源图像的灰度从而达到图像增强的目的。灰度映射通常是用灰度变换曲线来表示的，如图9-7所示。灰度线性变换就是将图像的像素值通过指定的线性函数进行变换，以此增强或者减弱图像的灰度。灰度线性变换的公式就是常见的一维线性函数：g(x,y)=kf(x,y)+d设x为原始灰度值，则变换后的灰度值y为：也可以在坐标系中表示转化关系，如图9-7所示。图9-7灰度线性变换图9-7坐标中的横轴表示输入灰度值，范围是0至255；纵坐标表示输出灰度值，范围同样是0至255；直线则为线性变换函数的图形。如果将输入灰度值作为自变量x，则输出的灰度值就是函数y=T(x)的运算结果。对于线性变换而言，有T(x)=kx+d。例如图9-7中的变换函数为T(x)=x，即原公式中的k=1，d=0。由数学知识可以知道k表示直线的斜率，也就是倾斜程度；d为线性函数在y轴的斜率。下面通过讨论k的取值来分析灰度线性变换的效果。1）当k1时此时可用于增加图像的对比度。图像的像素值在变换后全部增大，整体显示效果被增强，如图9-8所示。图9-8变换后的图像、对应变换函数和直方图可以看到，图像经过变换后，其灰度分布被拉伸了。读者可以与图9-1中的直方图进行比较。2）当k=1时这种情况常用于调节图像亮度。在第6章中已经介绍过了，亮度的调节就是让图像的各像素值都增加或者减少一定量。这种情况下可以通过改变d的值达到增加或者减少图像亮度的目的，如图9-9所示。图9-9利用线性变换改变图像亮度可以看到，当d0时图像亮度增加，反之则减少。对应直方图的显示效果是灰度分布整体向右或者向左平移。3）当0k1时效果与k1时刚刚相反，图像的对比度和整体效果都被削弱。从图9-10中的直方图可以看到，灰度分布被集中在一段区域上。k越小，图像的灰度分布越窄，图像看起来也就越偏灰色。图9-10利用线性变换改变图像对比度4）当k0时在这种情况下，源图像较亮的区域变暗，而较暗的区域会变亮。此时可以使函数中的k=-1，d=255让图像实现反色效果，如图9-11所示。图9-11利用线性变换让图像反色9.2.2编程实现1．线性变换函数灰度线性变换的函数代码如下：/****************************************************************************作用:线性变换函数*参数:*pixel:原始像素数组*tempPixel:保存变换后的图像像素数组*width:原始图像宽度*height:原始图像高度*slope:线性函数的斜率*inter:线性函数的截距*备注:此函数对于彩色图同样适用***************************************************************************/voidLineTrans(BYTE*pixel,BYTE*tempPixel,UINTwidth,UINTheight,doubleslope,doubleinter){//灰度映射表BYTEmap[256];//保存运算后的临时值doubledTemp;for(inti=0;i256;i++){//计算当前像素变换后的值dTemp=slope*i+inter;//如果超界则修改其值if(dTemp0)dTemp=0.0;elseif(dTemp255)dTemp=255;//四舍五入map[i]=int(dTemp+0.5);}//线性变换后的值直接在映射表中查找for(UINTi=0;iwidth*height;i++){for(intj=0;j4;j++)tempPixel[i*4+j]=map[pixel[i*4+j]];}}该函数使用了灰度映射表的方式加快处理速度。点运算一般的处理方式是将每个点都经过变换函数计算，然后获得运算后的值，故一幅图像大小为的图像至少要运算mn次。而8位灰度图的灰度取值范围是0～255，也就是说256种取值只对应于256种变换结果。可见第一种方法对灰度值相同的像素进行了重复运算，效率不高。该函数将所有灰度取值都提前进行变换运算，并将结果保存在一个大小为256的数组中，这样，输入灰度值与运算后的值之间就建立了一一映射关系，通过映射表就能够直接获取变换后的结果。这种方法对于任意图像都只进行256次运算，大大提高了效率。2．线性变换对话框本节利用线性变换对话框实现灰度的线性变换，效果如图9-12所示。该对话框能够通过设置斜率和截距改变图像，同时提供预览框显示当前变换函数的图形。打开MagicHouse项目文件，调出“资源视图”窗口，添加ID为IDD_LINETRAN的对话框资源，整个对话框资源的设计如图9-12所示。创建对话框类CLineTranDlg并按照表9-2关联对应变量。图9-12线性变换对话框的设计表9-2线性变换对话框资源与变量的关系编号资源类型资源ID关联变量类型关联变量名称1图片控件IDC_PREVCStaticm_stiHistogram2文本框IDC_SLOPEdoublem_dSlope3文本框IDC_INTERCEPTdoublem_dIntercept3．实例代码清单下面列出LineTranDlg.h的代码清单：#pragmaonce//CLineTranDlg对话框#includePreviewDlg.h#includeafxwin.hclassCLineTranDlg:publicCDialog{DECLARE_MESSAGE_MAP()DECLARE_DYNAMIC(CLineTranDlg)public:CStaticm_stiPrev;//变换函数预览框doublem_dSlope;//斜率doublem_dIntercept;//截距//标准构造析构函数CLineTranDlg(CWnd*pParent=NULL);virtual~CLineTranDlg();voidRefresh();//刷新预览框virtualBOOLOnInitDialog();//对话框初始化时显示预览对话框afx_msgvoidOnEnChangeSlope();//改变斜率时的响应函数afx_msgvoidOnEnChangeIntercept();//改变截距时的响应函数afx_msgvoidOnBnClickedSave();//“保存”按钮响应函数afx_msgvoidOnBnClickedOk();//“确定”按钮的响应函数afx_msgvoidOnPaint();//对话框重绘函数protected:virtualvoidDoDataExchange(CDataExchange*pDX);//DDX/DDV支持private:CPreviewDlg*dlg;//预览对话框Boolm_bModify;//图像是否被修改//对话框数据enum{IDD=IDD_LINETRAN};};LineTranDlg.cpp的实现代码请到指定网站下载。4．使用该对话框打开“资源视图”，在“点运算”菜单中添加一个新栏，如图9-13所示，将其Caption属性设为“灰度线性变换”，其ID为ID_POINT_LINETRAN。图9-13在菜单资源中添加新项为其添加命令响应函数，具体内容如下：voidCMagicHouseView::OnPointLinetran(){if(!m_bIsEditMode||m_nPos==-1){MessageBox(L请先打开图像文件，然后选择编辑模式！);return;}CLineTranDlgdlg;ResetImage();dlg.DoModal();}