Delphi图像处理 -- 图像黑白调整
阅读提示：
《C++图像处理》系列以代码清晰，可读性为主，全部使用C++代码。
《Delphi图像处理》系列以效率为侧重点，一般代码为PASCAL，核心代码采用BASM。
尽可能保持二者内容一致，可相互对照。
本文代码必须包括《C++图像处理 -- 数据类型及公用函数》文章中的BmpData.h头文件。
Photoshop CS的图像黑白调整功能，是通过对红、黄、绿、青、蓝和洋红等6种颜色的比例调节来完成的。能更精细地将彩色图片转换为高质量的黑白照片。
Photoshop CS图像黑白调整功能的计算公式为：
gray = (max - min) * ratio_max + (mid - min) * ratio_max_mid + min
公式中：gray为像素灰度值，max、mid和min分别为图像像素R、G、B分量颜色的最大值、中间值和最小值，ratio_max为max所代表的分量颜色（单色）比率，ratio_max_mid则为max与mid两种分量颜色所形成的复色比率。
用上面公式计算的灰度值，与我们通常所用的灰度计算方法有很大不同，通常所用的灰度公式为，是直接将颜色各分量乘以相应的比率相加而成，如：gray = 0.3R + 0.59G + 0.11B，而上面公式则是在最小值代表的颜色分量基础上，用最大值与最小值之差表示单色部分（红、绿、蓝），用中间值与最小值之差表示复色部分（黄、青、洋红），将单色和复色部分分别乘以与之对应的比率后相加，再加上最小值而得到灰度值。对于每个单独的像素来说，计算灰度值只需要用到上述6种颜色比率中的2种即可。在计算过程中可根据像素RGB相互关系选择对应的单色和复色比率，如像素RGB的大小关系为R>G>B，单色比率选最大值R红色，复色比率则为最大值R与中间值G所形成的复色黄色。
用程序代码实现上面的灰度计算公式并不复杂，难点还是前面所说的根据像素RGB相互关系选择对应的单色和复色比率。
Photoshop图像黑白调整功能中还有一个附加的着色功能，该功能实际上是利用图层颜色混合模式原理实现的。有关图层颜色混合模式的原理和实现在C++图像处理中有多篇文章进行了介绍，在《Delphi图像处理 -- 图像颜色混合》中也有实现代码，可以参考这些文章。
下面是用Delphi实现图像黑白调整的BASM代码，包括灰度图象着色功能代码：
type TBWParams = array[0..5] of Single;// eax,edx,ecx=r,g,b esi,sdi,ebx=rIndex,gIndex,bIndexprocedure CompareRgb;asm cmp eax, ecx jae @@1 xchg eax, ecx xchg esi, ebx@@1: cmp eax, edx jae @@2 xchg eax, edx xchg esi, edi@@2: cmp ecx, edx jbe @@3 xchg ecx, edx xchg ebx, edi@@3:end;// in: esi=srcPixel,edi=dstPixel,eax=gray// out: [edi]=mixerColorprocedure ColorMix;const GrayConst: array[0..2] of Integer = (113, 604, 307);var gray, max_min: LongWord;asm push esi push edi mov gray, eax movzx ecx, [esi].TARGBQuad.Blue movzx edx, [esi].TARGBQuad.Green movzx eax, [esi].TARGBQuad.Red xor ebx, ebx // blue index mov edi, 1 // green index mov esi, 2 // red index call CompareRgb // CompareRgb(red, green, blue) sub eax, ecx // max - min jnz @@4 pop edi mov eax, gray mov [edi].TARGBQuad.Blue, al mov [edi].TARGBQuad.Green, al mov [edi].TARGBQuad.Red, al jmp @@Exit@@4: sub edx, ecx // mid - min mov max_min, eax mov ecx, eax sub eax, edx imul eax, GrayConst[edi*4].Integer imul ecx, GrayConst[ebx*4].Integer add eax, ecx add eax, 512 // nMax = gray + shr eax, 10 // (max_min - mid_min) * grayConst[midIndex] + add eax, gray // max_min * grayConst[minIndex] cmp eax, 255 ja @@5 mov ecx, eax sub ecx, max_min // nMin = nMax - max_min js @@6 add edx, ecx // nMid = nMin + mid_min jmp @@8@@5:// nMax > 255 shl edx, 10 // hueCoef = (mid_min << 10) / max_min mov eax, max_min xchg eax, edx mul DivTab[edx*4].Integer push edx mov ecx, GrayConst[edi*4].Integer imul edx, ecx shr edx, 10 // v0 = (ys[mid.index] * hueCoef) >> 10 add ecx, GrayConst[ebx*4].Integer sub ecx, edx // v1 = ys[mid.index] + ys[min.index] - v0 add edx, GrayConst[esi*4].Integer mov eax, edx shl edx, 8 sub edx, eax mov eax, gray shl eax, 10 sub eax, edx mov edx, ecx shr edx, 1 add eax, edx mul DivTab[ecx*4].Integer mov ecx, edx // nMin = ((gray << 10) - (ys[max.index] + v0) * pop eax // 255 + (v1 >> 1)) / v1 xor edx, 255 imul edx, eax add edx, 512 shr edx, 10 add edx, ecx // nMid = nMin + (((255 ^ newMin) * hueCoef + 512) >> 10) mov eax, 255 // nMax = 255 jmp @@8@@6:// nMin < 0 shl edx, 10 // hueCoef = (mid_min << 10) / max_min mov eax, max_min xchg eax, edx mul DivTab[edx*4].Integer push edx imul edx, GrayConst[edi*4].Integer add edx, 512 shr edx, 10 // tmp = ys[max.index] + ((ys[mid.index] * hueCoef + 512) >> 10) add edx, GrayConst[esi*4].Integer mov eax, gray shl eax, 10 mov ecx, edx shr edx, 1 add eax, edx mul DivTab[ecx*4].Integer mov eax, edx // nMax = ((gray << 10) + (tmp >> 1)) / tmp pop edx imul edx, eax add edx, 512 shr edx, 10 // nMid = (nMax * hueCoef + 512) >> 10 mov ecx, 1 // nMin = 1@@8: mov ah, dl pop edx mov [edx+esi], al mov [edx+edi], ah mov [edx+ebx], cl mov edi, edx@@Exit: pop esiend;// 图像黑白调整。// 调整参数bwParams为元素数等于6的数组指针，分别为红，黄，绿，青，蓝，洋红procedure ImageBlackWhite(var Dest: TImageData; const Source: TImageData; const bwParams: TBWParams); overload;var i: Integer; Width, Height: Integer; dstOffset, srcOffset: Integer; Params: array[0..5] of Integer;begin for i := 0 to 5 do // 浮点黑白参数转换为整数并交换青色与洋红色位置 Params[i] := Round(bwParams[i] * 1024); Params[3] := Params[3] xor Params[5]; Params[5] := Params[5] xor Params[3]; Params[3] := Params[3] xor Params[5]; asm push esi push edi push ebx mov eax, Dest mov edx, Source call _SetCopyRegs mov Width, ecx mov Height, edx mov dstOffset, ebx mov srcOffset, eax@@yLoop: push Width@@xLoop: push esi push edi movzx ecx, [esi].TARGBQuad.Blue movzx edx, [esi].TARGBQuad.Green movzx eax, [esi].TARGBQuad.Red mov ebx, 4 // blue index mov edi, 2 // green index xor esi, esi // red index call CompareRgb // CompareRgb(red, green, blue) sub eax, edx // max - mid sub edx, ecx // mid - min add edi, esi dec edi imul eax, Params[esi*4].Integer imul edx, Params[edi*4].Integer add eax, edx // gray = (((max - mid) * params[maxIndex] + add eax, 512 // (mid - min) * params[maxIndex + midIndex - 1] + sar eax, 10 // 512) >> 10) + min add eax, ecx jns @@1 xor eax, eax jmp @@2@@1: cmp eax, 255 jb @@2 mov eax, 255@@2: pop edi pop esi mov [edi].TARGBQuad.Blue, al mov [edi].TARGBQuad.Green, al mov [edi].TARGBQuad.Red, al add edi, 4 add esi, 4 dec Width jne @@xLoop pop Width add edi, dstOffset add esi, srcOffset dec Height jnz @@yLoop pop ebx pop edi pop esi end;end;// 图像黑白调整。// 调整参数bwParams为元素数等于6的数组指针，分别为红，黄，绿，青，蓝，洋红procedure ImageBlackWhite(var Data: TImageData; const bwParams: TBWParams); overload;begin ImageBlackWhite(Data, Data, bwParams);end;// 灰度图像染色。procedure ImageArgbTint(var Data: TImageData; Argb: LongWord);var Width, Height: Integer; dataOffset: Integer; mixTable: array[0..255] of TARGBQuad;asm push esi push edi push ebx push eax push edx // 建立灰度染色表mixTable shr edx, 24 cvtsi2ss xmm6, edx mov edx, 255 cvtsi2ss xmm0, edx divss xmm6, xmm0 pshufd xmm6, xmm6, 0 // xmm6 = Argb.Alpha / 255 mov edx, 1 movd xmm5, edx pshufd xmm5, xmm5, 0 // xmm5 = 1 pxor xmm4, xmm4 // xmm4 = 0 pxor xmm7, xmm7 lea esi, [esp] lea edi, mixTable xor eax, eax@@CalcMixTable: push eax // mixTable[i].rgb = i + ColorMix(&Argb, i) * Argb.Alpha / 255 call ColorMix movd xmm0, [edi] // xmm0 = ColorMix(&Argb, i) punpcklbw xmm0, xmm7 punpcklwd xmm0, xmm7 psubd xmm0, xmm4 // xmm0 -= i cvtdq2ps xmm0, xmm0 mulps xmm0, xmm6 // xmm0 = xmm0 * Argb.Alpha / 255 cvtps2dq xmm0, xmm0 paddd xmm0, xmm4 // xmm0 += i paddd xmm4, xmm5 // i ++ packssdw xmm0, xmm7 packuswb xmm0, xmm7 movd [edi], xmm0 // mixTable[i] = xmm0 pop eax add edi, 4 inc eax cmp eax, 256 jb @@CalcMixTable pop edx pop eax call _SetDataRegs lea eax, mixTable@@yLoop: push ecx@@xLoop: movzx esi, [edi].TARGBQuad.Blue lea esi, [eax+esi*4] movsw movsb // pd.RGB = mixTable[pd.Blue] inc edi loop @@xLoop pop ecx add edi, ebx dec edx jnz @@yLoop pop ebx pop edi pop esiend;// 灰度图像染色。procedure ImageColorTint(var Data: TImageData; Color: TColor);asm bswap edx shr edx, 8 or edx, 0ff000000h call ImageArgbTintend;
代码中有2个图像黑白调整过程，分别是图像数据拷贝形式和自处理的黑白调整过程。染色过程也有2个，分别对应于ARGB颜色和VCL颜色TColor的，染色过程采用了颜色表查找方式处理，效率很高，即使用纯pascal代码处理速度也相当的快，如果不考虑颜色的不透明度，过程中的SSE代码可以删除。
下面是个简单处理PNG图片黑白去色后染色的例子：
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);var bmp: TGpBitmap; g: TGpGraphics; data: TImageData;begin bmp := TGpBitmap.Create('..\..\media\xmas_011.png'); data := LockGpBitmap(bmp); ImageBlackWhite(data, BWColors); ImageArgbTint(data, $ffff0000); UnlockGpBitmap(bmp, data); g := TGpGraphics.Create(PaintBox1.Canvas.Handle); g.DrawImage(bmp, 0, 0); g.Free; bmp.Free;end;运行截图如下：
左边是原图，右边是黑白灰度处理后以红色着色。在这里有必要提示一下，染色过程处理的不只是黑白处理后的图像，任何灰度图象都可以的。
本来写了一个仿Photoshop黑白调整功能的Delphi程序，但代码较长，而且在《C++图像处理 -- 图像黑白调整应用》一文中已经存在一个相同界面的演示程序，其中还有几张运行界面截图，所以这里就不再贴代码了。有兴趣的朋友可以参见该文。
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