原文地址：http://blog.csdn.net/www_doling_net/article/details/8547317
圖像處理離不開一些基本的圖像數據操作，例如獲取和修改圖像的基本信息，訪問和修改圖像像素值，圖像顯示，圖像類型轉換等等。熟練掌握這些基本操作有助於使用VTK進行圖像處理的快速開發。
5.4.1圖像信息訪問和修改
vtkImageData中提供了多個函數用於訪問或者獲取圖像的基本信息，這些函數通常使用Set或者Get加上相應的信息名的形式，例如獲取圖像維數的方法定義爲GetDimensions()。當然這裏主要從類的層次上進行VTK的學習，這裏不再具體贅述每個函數的基本名稱和使用，用戶可以查閱相應的類文檔。下面通過一個例子來說明怎樣訪問圖像的基本信息。程序運行如圖5.8所示。
1: vtkSmartPointer<vtkBMPReader>reader =
2: vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();
3: reader->SetFileName ( "..\\lena.bmp");
4: reader->Update();
5:
6: int dims[3];
7: reader->GetOutput()->GetDimensions(dims);
8: std::cout<<"圖像維數:"<<dims[0]<<" "<<dims[1]<<""<<dims[2]<<std::endl;
9:
10: double origin[3];
11: reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);
12: std::cout<<"圖像原點:"<<origin[0]<<" "<<origin[1]<<""<<origin[2]<<std::endl;
13:
14: double spaceing[3];
15: reader->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);
16: std::cout<<"像素間隔:"<<spaceing[0]<<" "<<spaceing[1]<<""<<spaceing[2]<<std::endl;
17:
18:
19: vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>imageViewer =
20: vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
21: imageViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
22: vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor=
23: vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
24: imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);
25: imageViewer->Render();
26: imageViewer->GetRenderer()->ResetCamera();
27: imageViewer->Render();
28:
29: renderWindowInteractor->Start();
圖5.8 VTK圖像基本信息獲取
上例中主要獲取了圖像的三個信息，圖像維數，圖像原點和像素間隔。VTK中二維和三維圖像都用vtkImageData表示，因此第六行中定義圖像維數爲dims[3]，然後利用GetDimensions()函數獲取圖像的維數；圖像的原點和像素間隔都是物理空間數值，因此都是定義double類型。本例讀入了二維lena圖像，上圖中顯示了獲取的圖像信息。其中，圖像維數爲512*512*1，通過維數可以看成z方向的維數爲1，說明該圖像爲二維圖像；而圖像的原點爲(0,0,0)點，而像素間隔爲(1,1,1)。
vtkChangeImageInformation
vtkImageData中提供了多個Set函數用於設置圖像的基本信息。當對一個管線的輸出修改圖像信息後，如果管線重新Update，那麼這些修改都會恢復回原來的值。而vtkChangeImageInformation可以作爲管線中的一個filter來修改圖像信息。利用這個filter可以修改圖像的原點，像素間隔，以及範圍起點（extent），另外還可以對圖像平移縮放等操作。下面代碼說明了怎樣修改圖像的原點，像素間隔。
1: vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader=
2: vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();
3: reader->SetFileName ( "..\\lena.bmp" );
4: reader->Update();
5:
6: int dims[3];
7: double origin[3];
8: double spaceing[3];
9:
10: reader->GetOutput()->GetDimensions(dims);
11: std::cout<<"原圖像維數:"<<dims[0]<<" "<<dims[1]<<""<<dims[2]<<std::endl;
12: reader->GetOutput()->GetOrigin(origin);
13: std::cout<<"原圖像原點:"<<origin[0]<<" "<<origin[1]<<""<<origin[2]<<std::endl;
14: reader->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);
15: std::cout<<"原像素間隔:"<<spaceing[0]<<" "<<spaceing[1]<<""<<spaceing[2]<<std::endl<<std::endl;
16:
17: vtkSmartPointer<vtkImageChangeInformation> changer =
18: vtkSmartPointer<vtkImageChangeInformation>::New();
19: changer->SetInput(reader->GetOutput());
20: changer->SetOutputOrigin(100, 100, 0);
21: changer->SetOutputSpacing(5,5,1);
22: changer->SetCenterImage(1);
23: changer->Update();
24:
25:
26: changer->GetOutput()->GetDimensions(dims);
27: std::cout<<"修改後圖像維數:"<<dims[0]<<" "<<dims[1]<<""<<dims[2]<<std::endl;
28: changer->GetOutput()->GetOrigin(origin);
29: std::cout<<"修改圖像原點:"<<origin[0]<<" "<<origin[1]<<""<<origin[2]<<std::endl;
30: changer->GetOutput()->GetSpacing(spaceing);
31: std::cout<<"修改後像素間隔:"<<spaceing[0]<<" "<<spaceing[1]<<""<<spaceing[2]<<std::endl;
32:
33:
34: vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> imageViewer =
35: vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
36: imageViewer->SetInputConnection(changer->GetOutputPort());
37: vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor=
38: vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
39: imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);
40: imageViewer->Render();
41: imageViewer->GetRenderer()->ResetCamera();
42: imageViewer->Render();
43:
44: renderWindowInteractor->Start();
上例中首先讀入圖像，由vtkImageData提供函數接口獲取圖像的維數，原點和像素間隔。然後定義vtkImageChangeInformation指針，並設置輸出圖像原點爲（100, 100, 0），輸出圖像像素間隔爲（5, 5, 1），然後調用CenterImage()函數將圖像的原點置於圖像的中心。顯示結果如圖5.9：
圖5.9 vtkImageChangeInformation修改圖像信息
從上面結果中可以看出，操作後的結果使得圖像的原點位於(-1277.5, -1275.5, 0)，SetOutputOrigin(100, 100, 0)並沒有起作用。原因在哪裏呢？如果看下CenterImage()函數的註釋，可以發現該函數的作用是將（0, 0, 0）點置於圖像的中心。當CenterImage該函數執行時會重寫SetOutputOrigin()，所以SetOutputOrigin函數不會產生任何作用。那(-1277.5, -1275.5, 0)又是如何計算出來的呢？如圖5.10，根據圖像的維數和像素間隔計算得到新的圖像的寬度和高度爲(512-1)*5 ，初始圖像的原點位於（0, 0,0），現在將圖像的中心平移至原點，平移量爲（-(512-1)*5/2,(512-1)*5/2, 0） = (-1277.5, -1275.5,0)。
圖5.10 CenterImage函數示意圖
5.4.2圖像像素值訪問和修改
圖像像素值的訪問與修改是最常用的一個操作。VTK中提供了兩種訪問圖像像素值的方法。第一種是直接訪問vtkImageData的數據數組。這種方式最直接。在第一節上新建圖像賦值也是採用的這種方法。vtkImageData中提供了GetScalarPointer()函數獲取數據數組指針，該函數有三種形式：
virtualvoid *GetScalarPointer(int coordinates[3]);
virtualvoid *GetScalarPointer(int x, int y, int z);
virtualvoid *GetScalarPointer();
前兩種形式根據給定的像素索引得到指定的像素值，注意返回的是第(x,y,z)個像素值的地址。而第三種方式是返回圖像數據數組的頭指針，然後根據頭指針可以依次訪問索引像素。在第一節中採用的就是這樣方式。下面看一個遍歷圖像像素的例子，結果如圖5.12。
1: vtkSmartPointer<vtkBMPReader> reader =
2: vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();
3: reader->SetFileName ( "…\\lena.bmp" );
4: reader->Update();
5:
6: int dims[3];
7: reader->GetOutput()->GetDimensions(dims);
8:
9: for(int k=0; k<dims[2]; k++)
10: {
11: for(int j=0; j<dims[1]; j++)
12: {
13: for(int i=0; i<dims[0]; i++)
14: {
15: if(i<100 && j<100)
16: {
17: unsigned char * pixel =
18: (unsigned char *) (reader->GetOutput()->GetScalarPointer(i, j, k) );
19: *pixel = 0;
20: *(pixel+1) = 0;
21: *(pixel+2) = 0;
22: }
23: }
24: }
25: }
26:
27: vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> imageViewer =
28: vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
29: imageViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
30: vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor=
31: vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
32: imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);
33: imageViewer->Render();
34: imageViewer->GetRenderer()->ResetCamera();
35: imageViewer->Render();
36:
37: renderWindowInteractor->Start();
上面代碼實現了將圖像的100*100大小的區域設置爲黑色。首先定義一個reader讀取一副bmp圖像，通過vtkImageData函數GetDimensions()獲取圖像的大小。建立三次循環，通過GetScalarPointer(i, j,k)函數獲取訪問圖像像素值。需要注意的是，GetScalarPointer()函數返回的是void*類型，因此需要根據圖像的實際類型進行強制轉換。如上面代碼中將像素值數組的頭指針類型轉換爲unsigned char *。如果對於數據類型不確定的話，還可以先通過vtkImageCast將圖像數據類型強制轉換爲特定的數據類型，再進行遍歷。
另外還有一個需要注意地方，彩色以及向量圖像採用的是類似圖5.11這種像素存儲格式。
圖5.11 VTK彩色以及向量圖像像素存儲格式
因此在修改RGB圖像以及向量圖像像素時，需要根據像素的元組的組分數目來訪問。上例中，需要修改每個像素的RGB值時，首先獲得第(i, j, k)個像素的地址也就是R值的地址，然後將地址加1來訪問後續G值以及B值。如果對於像素的元組組分不確定時，可以通過函數GetNumberOfScalarComponents()來獲取。如下所示：
int nbOfComp = reader->GetOutput()->GetNumberOfScalarComponents();
圖5.12 修改圖像像素值
另外VTK中提供了vtkImageIterator類來利用迭代器方法訪問圖像像素。該類是一個模板類，使用時，需要提供迭代的圖像像素類型以及迭代的區域大小。下面給出示例代碼。
1: vtkSmartPointer<vtkBMPReader>reader =
2: vtkSmartPointer<vtkBMPReader>::New();
3: reader->SetFileName ( "..\\lena.bmp" );
4: reader->Update();
5:
6: int subRegion[6] = {0,300, 0, 300, 0, 0};
7: vtkImageIterator<unsigned char> it(reader->GetOutput(), subRegion);
8:
9: while(!it.IsAtEnd())
10: {
11: unsigned char *inSI = it.BeginSpan();
12: unsigned char *inSIEnd = it.EndSpan();
13:
14: while(inSI != inSIEnd)
15: {
16: *inSI = 255-*inSI;
17: ++inSI;
18: }
19: it.NextSpan();
20: }
21:
22: vtkSmartPointer<vtkImageViewer2> imageViewer =
23: vtkSmartPointer<vtkImageViewer2>::New();
24: imageViewer->SetInputConnection(reader->GetOutputPort());
25: vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor> renderWindowInteractor=
26: vtkSmartPointer<vtkRenderWindowInteractor>::New();
27: imageViewer->SetupInteractor(renderWindowInteractor);
28: imageViewer->Render();
29: imageViewer->GetRenderer()->ResetCamera();
30: imageViewer->Render();
31:
32: renderWindowInteractor->Start();
下面分析一下上面的代碼。如果對於ITK圖像區域迭代器熟悉的話，可能會對上面代碼存在疑問。上面代碼中首先讀取了一副bmp圖像，然後定義了一個子區域。注意在定義子區域的時候，不要超過圖像的大小範圍。subRegion的六個值分別表示區域中x的最小最大值，y的最小最大值，z的最小最大值。由於處理的圖像爲二維圖像，因此z的取值範圍爲[0,0]。然後根據圖像類型unsigned char定義實例化一個圖像迭代器it，定義it時有兩個參數：一個是要訪問的圖像，另外一個是訪問的圖像區域。設置完畢後，迭代器開始工作。注意，上面代碼中有兩個while循環。
首先看第一個while循環，這裏判斷迭代器是否結束。進入循環後，對於每個迭代器it，又存在第二個循環。這個循環判斷的是當前像素的組分是否迭代完畢。由於vtk中所有類型的圖像格式都是vtkImageData，因此每個像素可能是標量，也可能是向量。因此，每當訪問到一個像素時，需要迭代當前像素的組分。組分迭代時，inSI = it.BeginSpan()獲取第一個組分，inSIEnd = it.EndSpan()表示組分迭代完畢，通過++inSI不斷迭代組分，並對像素的組分值進行處理，當inSI與inSIEnd相等時組分迭代完畢。然後繼續迭代像素it，直至迭代完畢所有像素。上面代碼中將指定區域的像素值取反，得到如圖5.13所示結果。
圖5.13 利用VTK迭代器修改圖像像素值