由图像的灰度化看基本图像处理(1)

[基础篇]

首先看一段实现24位色图像灰度化转换的代码

procedure Grayscale(const Bitmap:TBitmap);
var
  X: Integer;
  Y: Integer;
  R,G,B,Gray: Byte;
  Color: TColor;
begin
  for Y := 0 to (Bitmap.Height - 1) do
  begin
    for X := 0 to (Bitmap.Width - 1) do
    begin
      Color := Bitmap.Canvas.Pixels[X,Y];
      R := Color and $FF;
      G := (Color and $FF00) shr 8;
      B := (Color and $FF0000) shr 16;
      Gray := Trunc(0.3 * R + 0.59 * G + 0.11 * B);
      Bitmap.Canvas.Pixels[X,Y] := Gray shl 16 or Gray shl 8 or Gray;
    end
  end
end;

{这段代码效率是非常低的，但可以方便我们理解同时一些问题}

Delphi的帮助中对TColor已经有了详细的描述，这可以方便我们理解上面的代码！

　　首先看：

　　R := Color and $FF;
　　G := (Color and $FF00) shr 8;
　　B := (Color and $FF0000) shr 16;

　　这是段常见的从TColor中提取三原色的代码，但它是什么意思呢？
首先应该知道and是与(.)运算，0.1=0，0.0=0，1.1=1，以取绿色为例：$FF00实际上就是$00FF00,它与一个TColor类型数按位进行与运算后，表示红色和绿色的位都变为了$00,而表示绿色的部分不变(0，1和1进行与运算值都不变)，再右移8位，自然就获得了绿色值的8位表示！

　　再获得三原色的值后，就是计算灰度值，0.3 * Red + 0.59 * Green + 0.11 * Blue 这是求加权平均值的公式。(因为人眼对颜色的敏感度不同，所以权值不同，就像在pf16bit中用了6位表示绿色，其它两种颜色只用了5位，这问题以后另写文章说明)

　　然后就是像素颜色信息的写回，刚才是右移，现在自然就是左移，而或(+)运算就是(0+1=1，0+0=0，1+1=1),举个简单例子就是：($FF shl 16 = $FF0000) or ($FF shl 8 = $FF00) or $FF = $FFFFFF ,其实这里的或运算当然也可以用 + 代替。

　　虽然上面的代码实现了24位色图像的灰度化，但当图像比较大时，速度非常慢，为什么？查看相关VCL代码可知调用Bitmap.Canvas.Pixels获取，写入像素的颜色信息实际上是利用了API GetPixel、SetPixel，这种方法是非常低效的！(唯一的好处是在进行一些和颜色无关的操作，如图像的旋转，翻转时不需要因为PixelFormat的不同而修改代码)所以应该换一种更高效的访问像素点数据的方法，如用API GetDIBits、SetDIBits，但这种方法比较复杂，好在Delphi3以后版本的TBitmap中提供了Scanline。利用Scanline可以快速对像素进行访问！

还是以24位色(PixelFormats=pf24bit)为例,可改写为：

procedure Grayscale(const Bitmap:TBitmap);
const
  PixelCountMax = 32768;
type
  pRGBTripleArray = ^TRGBTripleArray;
  TRGBTripleArray = ARRAY[0..PixelCountMax-1] OF TRGBTriple;
var
  Row: pRGBTripleArray;
  X: Integer;
  Y: Integer;
  Gray: Byte;
begin
  for Y := 0 to (Bitmap.Height - 1) do
  begin
    Row := Bitmap.ScanLine[Y];
    for X := 0 to (Bitmap.Width - 1) do
    begin
      Gray := Trunc(0.3 * Row^[X].rgbtRed + 0.59 * Row^[X].rgbtGreen + 0.11 * Row^[X].rgbtBlue);
      Row^[X].rgbtRed:=Gray;
      Row^[X].rgbtGreen:=Gray;
      Row^[X].rgbtBlue:=Gray;
    end;
  end;
end;

上面的例子用了一个TRGBTriple数组

  PRGBTriple = ^TRGBTriple;
  tagRGBTRIPLE = packed record
    rgbtBlue: Byte;
    rgbtGreen: Byte;
    rgbtRed: Byte;
  end;
  TRGBTriple = tagRGBTRIPLE;

这种方法会限制位图的大小，但一般不用理会，直接用TBitmap可处理不了那么大的位图

当然也可用指针的移动实现，实测结果这样更快～～～

procedure Grayscale(const Bitmap:TBitmap);
var
  X: Integer;
  Y: Integer;
  PRGB: pRGBTriple;
  Gray: Byte;
begin
  for Y := 0 to (Bitmap.Height - 1) do
  begin
    PRGB := Bitmap.ScanLine[Y];
    for X := 0 to (Bitmap.Width - 1) do
    begin
      Gray := Trunc(0.3 * PRGB^.rgbtRed + 0.59 * PRGB^.rgbtGreen + 0.11 * PRGB^.rgbtBlue);
      PRGB^.rgbtRed:=Gray;
      PRGB^.rgbtGreen:=Gray;
      PRGB^.rgbtBlue:=Gray;
      Inc(PRGB);
    end;
  end;
end;

下篇中将进行进一步的探讨！