Delphi影像處理 — 亮度/對比調整

閱讀提示：

    《Delphi影像處理》系列以效率為側重點，一般代碼為PASCAL，核心代碼採用BASM。

    《C++影像處理》系列以代碼清晰，可讀性為主，全部使用C++代碼。

    儘可能保持二者內容一致，可相互對照。

   本文代碼必須包括文章《Delphi影像處理 -- 資料類型及公用過程》中的ImageData.pas單元。

  

        本人已經寫過幾篇關於亮度調整的文章，但是關於映像的對比調整的過程和文章卻一直沒有寫，其原因是一直沒找到一個好的演算法。可能有人會說，映像的亮度，對比調整是最簡單的圖形操作，其演算法網上可說是一搜一大把，確實如此，可就是這最簡單的操作，網上的文章卻五花八門，我揀幾個試了一下，好像都不太理想，關鍵是演算法太簡單，實際操作效果不好，於是想，Photoshop的對比還是較好的，而且也通用，但偏偏網上沒有介紹它的演算法，用了大半天時間研究了一下，再花了1個來小時寫了個Delphi過程，試了一下，居然和Photoshop的對比調整完全一樣的效果！於是認真寫了個測試程式，把亮度和對比放在一起進行調整（亮度和對比處理過程為各自獨立的，其中亮度過程基本是本BLOG文章《GDI+ 在Delphi程式的應用 -- 調整映像亮度》的代碼），可是效果卻和Photoshop大不一樣了，是什麼原因呢，Photoshop的亮度調整演算法是最簡單的那種，與我的亮度過程做出來的是一樣的（效果比較圖參見《GDI+ 在Delphi程式的應用 -- 線性調整映像亮度》），而前面說了，對比過程演算法也是和Photoshop一樣的，可放在一起調整就不行了，無論是先調整亮度，還是先調整對比都這樣。後來仔細分析了一下，Photoshop是用一個函數處理亮度/對比，而且亮度調整是按對比的正負分別對待的，下面是實現代碼（包括一個簡單的例子）：

function _CheckRgb(Rgb: Integer): Integer;asm    test    eax, eax    jge     @@1    xor     eax, eax    ret@@1:    cmp     eax, 255    jle     @@2    mov     eax, 255@@2:end;procedure ImageBrightContrast(var Data: TImageData; Bright, Contrast, Threshold: Integer);var  vs: TGrayTable;  cv: Single;  i, v: Integer;  height, dataOffset: Integer;begin  if (Bright = 0) and (Contrast = 0) then Exit;  if Contrast <= -255 then cv := -1 else cv := Contrast / 255;  if (Contrast > 0) and (Contrast < 255) then    cv := 1 / (1 - cv) - 1;  for i := 0 to 255 do  begin    if Contrast > 0 then v := _CheckRgb(i + bright) else v := i;    if Contrast >= 255 then    begin      if v >= Threshold then v := 255 else v := 0;    end    else      v := _CheckRgb(v + Round((v - Threshold) * cv));    if Contrast <= 0 then vs[i] := _CheckRgb(v + bright) else vs[i] := v;  end;  asm    mov     eax, Data    call    _SetDataRegs    mov     height, edx    mov     dataOffset, ebx    lea     esi, vs;@@yLoop:    push    ecx@@xLoop:    movzx   eax, [edi].TARGBQuad.Blue    movzx   ebx, [edi].TARGBQuad.Green    movzx   edx, [edi].TARGBQuad.Red    mov     al, [esi+eax]    mov     bl, [esi+ebx]    mov     dl, [esi+edx]    mov     [edi].TARGBQuad.Blue, al    mov     [edi].TARGBQuad.Green, bl    mov     [edi].TARGBQuad.Red, dl    add     edi, 4    loop    @@xLoop    pop     ecx    add     edi, dataOffset    dec     height    jnz     @@yLoop@@Exit:  end;end;procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);var  bmp: TGpBitmap;  g: TGpGraphics;  data: TImageData;begin  bmp := TGpBitmap.Create('..\media\source1.jpg');  g := TGpGraphics.Create(Canvas.Handle);  g.DrawImage(bmp, 0, 0);  data := LockGpBitmap(bmp);  ImageBrightContrast(data, 50, 0, 121);  UnlockGpBitmap(bmp, data);  g.DrawImage(bmp, data.Width, 0);  g.Free;  bmp.Free;end;

 

    下面對亮度/對比的原理簡單介紹一下。

    一、Photoshop對比演算法。可以用下面的公式來表示：

    (1)、nRGB = RGB + (RGB - Threshold) * Contrast / 255

    公式中，nRGB表示映像像素新的R、G、B分量，RGB表示映像像素R、G、B分量，Threshold為給定的閾值，Contrast為處理過的對比增量。

    Photoshop對於對比增量，是按給定值的正負分別處理的：

    當增量等於-255時，是映像對比的下端極限，此時，映像RGB各分量都等於閾值，映像呈全灰色，灰階圖上只有1條線，即閾值灰階；

    當增量大於-255且小於0時，直接用上面的公式計算映像像素各分量；

    當增量等於 255時，是映像對比的上端極限，實際等於設定映像閾值，映像由最多八種顏色組成，灰階圖上最多8條線，即紅、黃、綠、青、藍、紫及黑與白；

    當增量大於0且小於255時，則先按下面公式(2)處理增量，然後再按上面公式(1)計算對比：

    (2)、nContrast = 255 * 255 / (255 - Contrast) - 255

    公式中的nContrast為處理後的對比增量，Contrast為給定的對比增量。

    二、映像亮度調整。本文採用的是最常用的非線性亮度調整（Phoposhop CS3以下版本也是這種亮度調整方式，CS3及以上版本也保留了該亮度調整方式的選項）。

    三、映像亮度/對比綜合調整演算法。這個很簡單，當亮度、對比同時調整時，如果對比大於0，現調整亮度，再調整對比；當對比小於0時，則相反，先調整對比，再調整亮度。

    在亮度/對比調整函數ImageBrightContrast中，首先按前面介紹的原理製造了一個256個元素大小的尋找表，然後對映像資料逐像素按R、G、B分量值在尋找表中取得調整後的資料，因此處理速度相當快。

    下面是對比255時的運行：

 

    《Delphi影像處理》系列使用GDI+單元和說明見文章《GDI+ for VCL基礎 -- GDI+ 與 VCL》。

    因水平有限，錯誤在所難免，歡迎指正和指導。郵箱地址：maozefa@hotmail.com

    這裡可訪問《Delphi影像處理 -- 文章索引》。