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系列文章：

用OpenCV实现Photoshop算法(一): 图像旋转

用OpenCV实现Photoshop算法(二): 图像剪切

用OpenCV实现Photoshop算法(三): 曲线调整

用OpenCV实现Photoshop算法(五): 亮度对比度调整

用OpenCV实现Photoshop算法(六): 变为黑白图像

用OpenCV实现Photoshop算法(七): 调整色相饱和度

用OpenCV实现Photoshop算法(八): 可选颜色

用OpenCV实现Photoshop算法(九): 高反差保留

四、色阶调整( Levles Adjustment )

（一）色阶调整原理

从左至右是从暗到亮的像素分布，黑色三角代表最暗地方（纯黑），白色三角代表最亮地方（纯白）。灰色三角代表中间调。

每一个色阶定义有两组值：

一组是输入色阶值，包含黑灰白三个值， 上图中：　黑点值为０，　灰点为１.００，白点为２５５

另一组是输入色阶值，包含黑白两个值，上图中：输出色阶黑为０，白为２５５

对于一个RGB图像,  可以对R,  G,  B 通道进行独立的色阶调整，即，对三个通道分别使用三个色阶定义值。还可以再对 三个通道进行整体色阶调整。 因此，对一个图像，可以用四次色阶调整。最终的结果，是四次调整后合并产生的结果。

我们先来分析对单通道的色阶原理，比如：对红色通道定义色阶调整如下：

则此时：　　输入色阶值为：　黑13,   灰1.29,    白240，　　　输出色阶值为：黑１１，白２４２

则色阶调整的实现是：　当输入值<黑点值(13)时，全部变为输出色阶的黑值。　当输入值>白点(240)时，全部变为输出色阶的白值

当输入值介于黑值与白值之间(13-240)时，则结合灰度系数，按比例重新计算，变为一个新的值。

对红、绿、蓝三个独立通道调整方式都与上述算法相同。各通道调整是互不相关的。

对RGB通道进行整体调整时，则对RGB三个值进行同时变换。

（二）色阶调整的OpenCV实现

我用opencv写了两个 C++ 类： Levels类实现了多通道的色阶的定义、实施调整。  Level类是一个通道的色阶定义类。

源码共两个文件：    Levels.hpp,  Levels.cpp,    源码及使用例程可在这里下载： 色阶调整源码

源码有一定的长度，不具体解释了，请见注释。

补充说明几点：

1， Levels类中定义了四个Level对象(即四个通道)，分别是RedChannel, GreenChannel, BlueChannel 和 RGBChannel.

　　int   Shadow;  //输入色阶黑点值
float Midtones; //输入色阶灰点值（注意是浮点数）
int   Highlight; //输入色阶白点值


int   OutputShadow; //输出色阶黑点值
int   OutputHighlight; //输出色阶白点值

3, 使用方法：创建一个Levels对象，然后对其所属的Level对象的属性值进行赋值，然后调整 Levels类的adjust()方法，即可实现色阶调整。

（三）例程

写一个例程，使用Levels类，实现色阶调整。

程序中定义了两个窗口，一个是图片窗口，一个是色阶定义窗口。

#include <cstdio>
#include <iostream>
#include "opencv2/core.hpp"
#include "opencv2/imgproc.hpp"
#include "opencv2/highgui.hpp"#include "Levels.hpp"using namespace std;
using namespace cv;static string window_name = "Photo";
static Mat src;static Mat levels_mat;
static string levels_window = "Adjust Levels";
static int channel = 0;
Levels  levels;int   Shadow;
int   Midtones = 100;
int   Highlight;
int   OutputShadow;
int   OutputHighlight;static void invalidate()
{Mat dst;levels.adjust(src, dst);imshow(window_name, dst);imshow(levels_window, levels_mat);
}static void channelRead(int which_channel)
{channel = which_channel;Level * CurrentChannel = NULL;switch (channel) {case 0: CurrentChannel = &levels.RGBChannel; break;case 1: CurrentChannel = &levels.RedChannel; break;case 2: CurrentChannel = &levels.GreenChannel; break;case 3: CurrentChannel = &levels.BlueChannel; break;}if ( CurrentChannel == NULL ) return;Shadow = CurrentChannel->Shadow;Midtones = int (CurrentChannel->Midtones * 100);Highlight = CurrentChannel->Highlight;OutputShadow = CurrentChannel->OutputShadow;OutputHighlight = CurrentChannel->OutputHighlight;}static void channelWrite()
{Level * CurrentChannel = NULL;switch (channel) {case 0: CurrentChannel = &levels.RGBChannel; break;case 1: CurrentChannel = &levels.RedChannel; break;case 2: CurrentChannel = &levels.GreenChannel; break;case 3: CurrentChannel = &levels.BlueChannel; break;}if ( CurrentChannel == NULL )return ;CurrentChannel->Shadow = Shadow;CurrentChannel->Midtones = Midtones / 100.0;CurrentChannel->Highlight = Highlight;CurrentChannel->OutputShadow = OutputShadow;CurrentChannel->OutputHighlight = OutputHighlight;invalidate();
}static void callbackAdjust(int , void *)
{channelWrite();invalidate();
}static void callbackAdjustChannel(int , void *)
{channelRead(channel);setTrackbarPos("Shadow", levels_window, Shadow);setTrackbarPos("Midtones", levels_window, Midtones);setTrackbarPos("Highlight", levels_window, Highlight);setTrackbarPos("OutShadow", levels_window, OutputShadow);setTrackbarPos("OutHighlight", levels_window, OutputHighlight);invalidate();
}int main()
{//read image filesrc = imread("building.jpg");if ( !src.data ) {cout << "error read image" << endl;return -1;}//create windownamedWindow(window_name);imshow(window_name, src);//create window for levelsnamedWindow(levels_window);levels_mat = Mat::ones(100,400, CV_8UC3);levels_mat.setTo( Scalar(255,255,255) );imshow(levels_window, levels_mat);channelRead(0);createTrackbar("Channel", levels_window, &channel,  3, callbackAdjustChannel);createTrackbar("Shadow", levels_window, &Shadow,  255, callbackAdjust);createTrackbar("Midtones", levels_window, &Midtones,  200, callbackAdjust);createTrackbar("Highlight", levels_window, &Highlight,  255, callbackAdjust);createTrackbar("OutShadow", levels_window, &OutputShadow,  255, callbackAdjust);createTrackbar("OutHighlight", levels_window, &OutputHighlight,  255, callbackAdjust);waitKey();return 0;}

运行效果：

原图：

先对红色通道(Channel = 1)调整各项色阶定义值，进行单通道色阶调整，效果如下：

再对RGB通道(Channel = 0)进行整体色阶调整，效果如下：

嗯嗯