Delphi影像處理 — 映像合成

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。

 

    在影像處理過程中，映像的合成操作是使用頻率最高的，像顯示、映像拷貝、映像拼接以及的圖層拼合疊加等。

    映像合成，其實也就是映像像素顏色的混合，在Photoshop中，顏色混合是個很複雜的東西，不同的混合模式，將產生不同的合成效果，如果將之全部研究透徹，估計就得寫一本書。因此，本文只談談最基本的映像合成，也就是Photoshop中的正常混合模式。

    只要接觸過影像處理的，都知道有個映像像素混合公式：

    1）dstRGB = srcRGB * alpha + dstRGB * (1 - alpha)

    其中，dstRGB為靶心圖表像素值；srcRGB為源映像素值；alpha為源映像素值混合比例（不透明度，範圍0 - 1）。

    其實，這個像素混合公式有很大局限性，只適合不含Alpha資訊的映像。

    要處理包括帶Alpha通道映像（層）的混合，其完整的公式應該是：

    2-1）srcRGB = srcRGB * srcAlpha * alpha / 255      （源映像素預乘轉換為PARGB）

    2-2）dstRGB = dstRGB * dstAlpha / 255    （靶心圖表像素預乘轉換為PARGB）

    2-3）dstRGB = dstRGB + srcRGB - dstRGB * srcAlpha * alpha / 255    （源映像素值與靶心圖表像素值混合）

    2-4）dstAlpha = dstAlpha + srcAlpha * alpha - dstAlpha * srcAlpha * alpha / 255    （混合後的靶心圖表Alpha通道值）

    2-5）dstRGB = dstRGB * 255 / dstAlpha    （混合後的靶心圖表像素轉換為ARGB）

    其中，dstRGB為靶心圖表像素值；srcRGB為源映像素值；dstAlpha為靶心圖表Alpha通道值；srcAlpha為源圖Alpha通道值；dstARGB為含Alpha靶心圖表像素值；alpha為源映像素值混合比例（不透明度，範圍0 - 1）。

    將公式2中的2-1式代入2-3式，簡化可得：

    3-1）dstRGB = dstRGB * dstAlpha / 255

    3-2）dstRGB = dstRGB +  (srcRGB - dstRGB) * srcAlpha * alpha / 255

    3-3）dstAlpha = dstAlpha + srcAlpha * alpha - dstAlpha * srcAlpha * alpha / 255

    3-4）dstRGB = dstRGB * 255 / dstAlpha

    當dstAlpha=srcAlpha=255時，公式3中3-1式、3-3式和3-4式沒有意義，3-2式也變化為：

   4）dstRGB = dstRGB +  (srcRGB - dstRGB) * alpha

    不難看出，公式4是公式1的變形。因此，公式1隻是公式3（或者公式2）在靶心圖表和源圖都不含Alpha資訊（或者Alpha=255）情況下的一個特例而已。

    當公式4中的alpha=1時，靶心圖表像素等於源映像素，所以，本文前面說映像拷貝其實也是映像合成的範疇。

    通過上面較詳細的分析，可以看出，即使是最基本正常映像混合模式也是很複雜的。其實，上面還不是完整的分析，因為按照靶心圖表Alpha資訊、源圖Alpha資訊以及源圖合成比例等三個要素的完全的排列組合，最多可以派生8個公式。

    下面就按正常混合模式的全部8種情況（有2項重合，實際為7種情況）來分別進行代碼實現，也可完善和補充上面的文字敘述：

unit main;interfaceuses  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,  Dialogs, StdCtrls;type  TForm1 = class(TForm)    Button1: TButton;    Button2: TButton;    procedure Button1Click(Sender: TObject);    procedure Button2Click(Sender: TObject);  private    { Private declarations }  public    { Public declarations }  end;var  Form1: TForm1;implementationuses Gdiplus, ImageData, Jpeg;{$R *.dfm}procedure _SetMixerMM;asm    pxor        mm7, mm7    mov         eax, 1011h    movd        mm6, eax    pshufw      mm6, mm6, 0    mov         eax, 8    movd        mm5, eax    pshufw      mm5, mm5, 0end;// --> mm7 4 * word = 0// --> mm6 4 * word = 0x1101// --> mm5 4 * word = 4// --> eax source alpha// --> esi source pixel (ARGB)// --> edi dest pixel (ARGB)// <-- eax dest alpha !!!// <-- mm0 dest pixelprocedure _PARGBMixer(srcAlpha: Integer);asm    push      edx    movd      mm0, [esi]    movd      mm1, [edi]    punpcklbw mm0, mm7    punpcklbw mm1, mm7    // dest.rgb = dest.rgb * dest.alpha / 255    movzx     edx, [edi].TARGBQuad.Alpha    pmullw    mm1, qword ptr ArgbTab[edx*8]    pmulhuw   mm1, mm6    paddusw   mm1, mm5    psrlw     mm1, 4    // dest.rgb = (dest.rgb * 255 + (source.rgb - dest.rgb) * sourec.alpha) / 255    psubw     mm0, mm1    pmullw    mm0, qword ptr ArgbTab[eax*8]    pmullw    mm1, qword ptr ArgbTab[255*8]    paddw     mm0, mm1    pmulhuw   mm0, mm6    paddusw   mm0, mm5    psrlw     mm0, 4    // dest.alpha += (source.alpha - (dest.alpha * source.alpha + 127) / 255)    push      eax    add       [esp], edx    imul      eax, edx    add       eax, 127    mul       dword ptr DivTab[255*4]    pop       eax    sub       eax, edx    // dest.rgb = dest.rgb * 255 / dest.alpha    movq      mm1, mm0    psllw     mm0, 8    psubw     mm0, mm1    pmulhuw   mm0, qword ptr MMDivTab[eax*8]    packuswb  mm0, mm7    pop       edxend;// --> mm7 4 * word = 0// --> eax source alpha// --> esi source pixel (ARGB)// --> edi dest pixel (ARGB)// <-- mm0 dest pixel (RGB)procedure _ARGBMixer(srcAlpha: Integer);asm    movd      mm0, [esi]    movd      mm1, [edi]    punpcklbw mm0, mm7    punpcklbw mm1, mm7    psubw     mm0, mm1    pmullw    mm0, qword ptr ArgbTab[eax*8]    psllw     mm1, 8    paddw     mm0, mm1    psrlw     mm0, 8    packuswb  mm0, mm0end;procedure _DoMixer(var Dest: TImageData; const Source: TImageData; Alpha: Integer);var  dstOffset, srcOffset:Integer;  alphaI: Integer;  dst: PImageData;asm    push      esi    push      edi    push      ebx    mov       dst, eax    mov       alphaI, ecx    shr       ecx, 8    movzx     ebx, [eax].TImageData.AlphaFlag    shl       ebx, 1    or        ecx, ebx    movzx     ebx, [edx].TImageData.AlphaFlag    shl       ebx, 2    or        ecx, ebx    push      ecx    call      _SetCopyRegs    mov       srcOffset, eax    pop       eax    jmp       dword ptr [@@jmpTable+eax*4]@@jmpTable:    dd @@mixer0, @@mixer1, @@mixer2, @@mixer3, @@mixer4, @@mixer5, @@mixer6, @@mixer7// src = 0, dst = 0, alpha = 0@@mixer0:    mov       eax, alphaI    movq      mm2, qword ptr ArgbTab[eax*8]    mov       eax, srcOffset    pxor      mm7, mm7@@yLoop0:    push      ecx@@xLoop0:    movd      mm0, [esi]    movd      mm1, [edi]    punpcklbw mm0, mm7    punpcklbw mm1, mm7    psubw     mm0, mm1    pmullw    mm0, mm2    psllw     mm1, 8    paddw     mm0, mm1    psrlw     mm0, 8    packuswb  mm0, mm0    movd      [edi], mm0    mov       [edi].TARGBQuad.Alpha, 255    add       esi, 4    add       edi, 4    loop      @@xLoop0    add       esi, eax    add       edi, ebx    pop       ecx    dec       edx    jnz       @@yLoop0    jmp       @@End// src = 0, dst = 0, alpha = 1@@mixer1:// src = 0, dst = 1, alpha = 1@@mixer3:    mov       eax, srcOffset@@yLoop1:    push      ecx    rep       movsd    pop       ecx    add       esi, eax    add       edi, ebx    dec       edx    jnz       @@yLoop1    jmp       @@End    mov       eax, dst    mov       [eax].TImageData.AlphaFlag, False    jmp       @@Exit// src = 0, dst = 1, alpha = 0@@mixer2:    call      _SetMixerMM    mov       eax, alphaI    imul      eax, 255    shr       eax, 8@@yLoop2:    push      ecx@@xLoop2:    push      eax    call      _PARGBMixer    movd      [edi], mm0    mov       [edi].TARGBQuad.Alpha, al    pop       eax    add       esi, 4    add       edi, 4    loop      @@xLoop2    add       esi, srcOffset    add       edi, ebx    pop       ecx    dec       edx    jnz       @@yLoop2    jmp       @@End// src = 1, dst = 0, alpha = 0@@mixer4:    mov       dstOffset, ebx    mov       ebx, alphaI    pxor      mm7, mm7@@yLoop4:    push      ecx@@xLoop4:    movzx     eax, [esi].TARGBQuad.Alpha    imul      eax, ebx    shr       eax, 8    jz        @@Next4    call      _ARGBMixer    movd      [edi], mm0    mov       [edi].TARGBQuad.Alpha, 255@@Next4:    add       esi, 4    add       edi, 4    loop      @@xLoop4    add       esi, srcOffset    add       edi, dstOffset    pop       ecx    dec       edx    jnz       @@yLoop4    jmp       @@End// src = 1, dst = 0, alpha = 1@@mixer5:    pxor      mm7, mm7@@yLoop5:    push      ecx@@xLoop5:    movzx     eax, [esi].TARGBQuad.Alpha    call      _ARGBMixer    movd      [edi], mm0    mov       [edi].TARGBQuad.Alpha, 255    add       esi, 4    add       edi, 4    loop      @@xLoop5    add       esi, srcOffset    add       edi, ebx    pop       ecx    dec       edx    jnz       @@yLoop5    jmp       @@End// src = 1, dst = 1, alpha = 0@@mixer6:    mov       dstOffset, ebx    mov       ebx, alphaI    call      _SetMixerMM@@yLoop6:    push      ecx@@xLoop6:    movzx     eax, [esi].TARGBQuad.Alpha    imul      eax, ebx    shr       eax, 8    jz        @@Next6    call      _PARGBMixer    movd      [edi], mm0    mov       [edi].TARGBQuad.Alpha, al@@Next6:    add       esi, 4    add       edi, 4    loop      @@xLoop6    add       esi, srcOffset    add       edi, dstOffset    pop       ecx    dec       edx    jnz       @@yLoop6    jmp       @@End// src = 1, dst = 1, alpha = 1@@mixer7:    call      _SetMixerMM@@yLoop7:    push      ecx@@xLoop7:    movzx     eax, [esi].TARGBQuad.Alpha    call      _PARGBMixer    movd      [edi], mm0    mov       [edi].TARGBQuad.Alpha, al    add       esi, 4    add       edi, 4    loop      @@xLoop7    add       esi, srcOffset    add       edi, ebx    pop       ecx    dec       edx    jnz       @@yLoop7@@End:    emms@@Exit:    pop       ebx    pop       edi    pop       esiend;procedure ImageMixer(var Dest: TImageData; const Source: TImageData; Alpha: Single);var  alphaI: Integer;begin  alphaI := Round(Alpha * 256);  if alphaI < 0 then Exit;  if alphaI > 256 then alphaI := 256;  _DoMixer(Dest, Source, alphaI);end;procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);var  source, dest: TGpBitmap;  g: TGpGraphics;  src, dst: TImageData;begin  source := TGpBitmap.Create('..\..\media\Apple.png');  dest := TGpBitmap.Create('..\..\media\xmas_011.png');  g := TGpGraphics.Create(Canvas.Handle);  g.DrawImage(dest, 0, 0);  g.DrawImage(source, dest.Width, 0);  src := LockGpBitmap(source);  dst := LockGpBitmap(dest);  ImageMixer(dst, src, 0.75);  UnlockGpBitmap(dest, dst);  UnlockGpBitmap(source, src);  g.DrawImage(dest, dst.Width + src.Width, 0);  g.Free;  dest.Free;  source.Free;end;procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);var  source: TGpBitmap;  dest: TBitmap;  tmp: TJpegImage;  g: TGpGraphics;  src, dst: TImageData;begin  dest := TBitmap.Create;  tmp := TJpegImage.Create;  tmp.LoadFromFile('..\..\media\IMG_9440_mf.jpg');  dest.Assign(tmp);  tmp.Free;  source := TGpBitmap.Create('..\..\media\xmas_011.png');  g := TGpGraphics.Create(Canvas.Handle);  Canvas.Draw(0, 0, dest);  g.DrawImage(source, dest.Width, 0);  dst := GetBitmapData(dest);  src := LockGpBitmap(source);  ImageMixer(dst, src, 1);  UnlockGpBitmap(source, src);  Canvas.Draw(dst.Width + src.Width, 0, dest);  g.Free;  dest.Free;  source.Free;end;end.

    上面是一個完整Delphi程式，在_DoMixer過程中，定義了7個映像合成子過程，以滿足全部8種排列組合的映像合并。除了@@Mixer0和@@Mixer1子過程外，其餘子過程分別調用了 _ARGBMixer和_PARGBMixer過程，其實@@Mixer0中的處理代碼與 _ARGBMixer過程基本是相同的，也就是說，7個子過程分別使用了三種處理方式：

    一是@@Mixer1的完全拷貝方式；

    二是靶心圖表不含Alpha資訊，將源圖按像素的Alpha資訊或者給定的不透明度混合到靶心圖表的_ARGBMixer過程，該過程使用的是前面公式1或公式4的簡化公式。

    三是靶心圖表為帶Alpha資訊的處理形式 _PARGBMixer，該過程使用前面的公式3。

    如果嫌7個子過程太多，也可簡化代碼，只保留滿足上述3種情況的子過程，即@@Mixer1、@@Mixer4和@@Mixer6，對處理效率影響不大。

    上面程式中包含2個例子，前一個是用GDI+位元影像開啟2張png圖片後進行處理，這個處理調用的是@@Mixer6。運行效果如下：

    後一個例子是對GDI+位元影像和VCL位元影像的混合處理，其中VCL位元影像是JPEG格式檔案，這是沒有Alpha資訊的，這個例子運行效果如下：

 

    《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》。