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ITK-基于itkUnaryFunctorImageFilter实现图像反转

article 2024/12/28 14:52:29

作者：翟天保Steven
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原理

‌‌itkUnaryFunctorImageFilter是 ITK（Insight Segmentation and Registration Toolkit）中的一个模板类，它并不是一个函数。这个类用于对图像中的每个像素应用一个一元函数（即只接受一个输入参数并返回一个输出值的函数），从而生成一个新的图像。它在图像的逐像素处理中非常有用，例如图像灰度变换、阈值化、对比度调整等操作。

‌‌通过遍历输入图像的每个像素，将每个像素值作为输入传递给用户定义的一元函数对象（functor）。这个函数对象根据特定的算法对输入像素值进行处理，并返回一个新的像素值。这些新的像素值被组合成一个新的输出图像，输出图像的大小、维度和空间信息与输入图像相同。

而图像反转就是将像素黑变白，白变黑，假设像素数值范围0-255，就用函数y=255-x即可实现反转。

本文介绍如何用itkUnaryFunctorImageFilter实现图像反转。

环境准备

参见：Windows下用CMake编译ITK及配置测试_itk配置-CSDN博客

功能解析

1.引入必要的头文件：

#include <itkImage.h>
#include <itkImageFileReader.h>
#include <itkImageFileWriter.h>
#include <itkUnaryFunctorImageFilter.h>
#include <itkPNGImageIOFactory.h>

2.定义一元模板函数：

// 定义像素值反转的函数对象
template <typename TInputPixel>
struct InvertPixelFunctor
{
	using InputPixelType = TInputPixel;
	using OutputPixelType = TInputPixel;

	OutputPixelType operator()(const InputPixelType &input) const
	{
		return static_cast<OutputPixelType>(255 - input);
	}
};

3.初始化：

// 定义图像类型
typedef itk::Image<unsigned char, 2> CharImageType;
typedef itk::ImageFileReader<CharImageType> ReaderType;
typedef itk::ImageFileWriter<CharImageType> WriterType;
// 注册 PNG 格式支持
itk::PNGImageIOFactory::RegisterOneFactory();
// 创建读取器和写入器
ReaderType::Pointer reader = ReaderType::New();
WriterType::Pointer writer = WriterType::New();
// 设置要读取和写入的文件
reader->SetFileName("BrainProtonDensitySlice.png");
writer->SetFileName("inverted_image.png");

4.创建像素值反转滤波器：

// 创建像素值反转滤波器
typedef itk::UnaryFunctorImageFilter<CharImageType, CharImageType, InvertPixelFunctor<unsigned char>> InvertFilterType;
InvertFilterType::Pointer invertFilter = InvertFilterType::New();
invertFilter->SetInput(reader->GetOutput());

5.连接过滤器输出到写入器并执行写入操作：

// 将反转后的图像作为输出图像
writer->SetInput(invertFilter->GetOutput());
// 执行更新
try
{
	writer->Update();
}
catch (itk::ExceptionObject& error)
{
	std::cerr << "Error: " << error << std::endl;
	return EXIT_FAILURE;
}

完整代码

#include <itkImage.h>
#include <itkImageFileReader.h>
#include <itkImageFileWriter.h>
#include <itkUnaryFunctorImageFilter.h>
#include <itkPNGImageIOFactory.h>

// 定义像素值反转的函数对象
template <typename TInputPixel>
struct InvertPixelFunctor
{
	using InputPixelType = TInputPixel;
	using OutputPixelType = TInputPixel;

	OutputPixelType operator()(const InputPixelType &input) const
	{
		return static_cast<OutputPixelType>(255 - input);
	}
};

int main()
{
	// 定义图像类型
	typedef itk::Image<unsigned char, 2> CharImageType;
	typedef itk::ImageFileReader<CharImageType> ReaderType;
	typedef itk::ImageFileWriter<CharImageType> WriterType;

	// 注册 PNG 格式支持
	itk::PNGImageIOFactory::RegisterOneFactory();

	// 创建读取器和写入器
	ReaderType::Pointer reader = ReaderType::New();
	WriterType::Pointer writer = WriterType::New();

	// 设置要读取和写入的文件
	reader->SetFileName("BrainProtonDensitySlice.png");
	writer->SetFileName("inverted_image.png");

	// 创建像素值反转滤波器
	typedef itk::UnaryFunctorImageFilter<CharImageType, CharImageType, InvertPixelFunctor<unsigned char>> InvertFilterType;
	InvertFilterType::Pointer invertFilter = InvertFilterType::New();
	invertFilter->SetInput(reader->GetOutput());

	// 将反转后的图像作为输出图像
	writer->SetInput(invertFilter->GetOutput());

	// 执行更新
	try
	{
		writer->Update();
	}
	catch (itk::ExceptionObject& error)
	{
		std::cerr << "Error: " << error << std::endl;
		return EXIT_FAILURE;
	}

	std::cout << "Image inversion completed successfully." << std::endl;
	return EXIT_SUCCESS;
}