直方图修正和彩色变换

第5章 直方图修正和彩色变换 这一章，我们主要和调色板打交道。

先从最简单的反色讲起。

5.1 反色反色(invert)就是形成底片效果。

例如，图5.2为图5.1反色后的结果。

图5.1 原图图5.2 图5.1反色后的结果 反色有时是很有用的，比如，图5.1中黑色区域占绝大多数，这样打印起来很费墨，我们可以先进行反色处理后再打印。

反色的实际含义是将R 、G 、B 值反转。

若颜色的量化级别是256，则新图的R 、G 、B 值为255减去原图的R 、G 、B 值。

这里针对的是所有图，包括真彩图、带调色板的彩色图(又称为伪彩色图)、和灰度图。

针对不同种类有不同的处理。

先看看真彩图。

我们知道真彩图不带调色板，每个象素用3个字节，表示R 、G 、B 三个分量。

所以处理很简单，把反转后的R 、G 、B 值写入新图即可。

再来看看带调色板的彩色图，我们知道位图中的数据只是对应调色板中的一个索引值，我们只需要将调色板中的颜色反转，形成新调色板，而位图数据不用动，就能够实现反转。

灰度图是一种特殊的伪彩色图，只不过调色板中的R 、G 、B 值 都是一样的而已。

所以反转的处理和上面讲的一样。

这里，我想澄清一个概念。

过去我们讲二值图时，一直都说成黑白图。

二值位图一定是黑白的吗？答案是不一定。

我们安装Windows95时看到的那幅setup.bmp 是由蓝色和黑色组成的，但它实际上是二值图。

原来，它的调色板中的两种颜色是黑与蓝，而不是黑与白。

所以说二值图也可以是彩色的，只不过一般情况下是黑白图而已。

下面的程序实现了反色，注意其中真彩图和调色板位图处理时的差别。

BOOL Invert(HWND hWnd){DWORD OffBits,BufSize;LPBITMAPINFOHEADER lpImgData;LPSTR lpPtr;HLOCAL hTempImgData;LPBITMAPINFOHEADER lpTempImgData;LPSTR lpTempPtr;HDC hDc;HFILE hf;LONG x,y;LOGPALETTE *pPal;HPALETTE hPrevPalette=NULL;HLOCAL hPal;DWORD i;unsigned char Red,Green,Blue;OffBits=bf.bfOffBits-sizeof(BITMAPFILEHEADER);BufSize=OffBits+bi.biHeight*LineBytes; //新开缓冲区的大小if((hTempImgData=LocalAlloc(LHND,BufSize))==NULL){MessageBox(hWnd,"Error alloc memory!","Error Message",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);return FALSE;}lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData);lpTempImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)LocalLock(hTempImgData);//拷贝头信息memcpy(lpTempImgData,lpImgData,BufSize);hDc=GetDC(hWnd);if(NumColors!=0){ //NumColors不为0说明是带调色板的lpPtr=(char *)lpImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER);//指向原图数据lpTempPtr=(char *)lpTempImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER);//指向新图数据//为新调色板分配内存hPal=LocalAlloc(LHND,sizeof(LOGPALETTE)+NumColors*sizeof(PALETTEENTRY));pPal =(LOGPALETTE *)LocalLock(hPal);pPal->palNumEntries =(WORD) NumColors;pPal->palVersion = 0x300;for (i = 0; i < NumColors; i++) {Blue=(unsigned char )(*lpPtr++);Green=(unsigned char )(*lpPtr++);Red=(unsigned char )(*lpPtr++);lpPtr++;//反转调色板中的颜色，存入新的调色板pPal->palPalEntry[i].peRed=(BYTE)(255-Red);pPal->palPalEntry[i].peGreen=(BYTE)(255-Green);pPal->palPalEntry[i].peBlue=(BYTE)(255-Blue);pPal->palPalEntry[i].peFlags=0;*(lpTempPtr++)=(unsigned char)(255-Blue);*(lpTempPtr++)=(unsigned char)(255-Green);*(lpTempPtr++)=(unsigned char)(255-Red);*(lpTempPtr++)=0;}if(hPalette!=NULL)DeleteObject(hPalette);hPalette=CreatePalette(pPal); //产生新的调色板LocalUnlock(hPal);LocalFree(hPal);if(hPalette){hPrevPalette=SelectPalette(hDc,hPalette,FALSE);RealizePalette(hDc);}}else{ //不带调色板，说明是真彩色图for(y=0;y<bi.biHeight;y++){lpPtr=(char *)lpImgData+(BufSize-LineBytes-y*LineBytes);lpTempPtr=(char *)lpTempImgData+(BufSize-LineBytes-y*LineBytes);for(x=0;x<bi.biWidth;x++){Blue=(unsigned char )(*lpPtr++);Green=(unsigned char )(*lpPtr++);Red=(unsigned char )(*lpPtr++);//反转位图数据中的颜色，存入新的位图数据中*(lpTempPtr++)=(unsigned char)(255-Blue);*(lpTempPtr++)=(unsigned char)(255-Green);*(lpTempPtr++)=(unsigned char)(255-Red);}}}if(hBitmap!=NULL)DeleteObject(hBitmap);hBitmap=CreateDIBitmap(hDc,(LPBITMAPINFOHEADER)lpTempImgData,(LONG)CBM_INIT,(LPSTR)lpTempImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+NumColors*sizeof(RGBQUAD),(LPBITMAPINFO)lpTempImgData,DIB_RGB_COLORS);if(hPalette && hPrevPalette){SelectPalette(hDc,hPrevPalette,FALSE);RealizePalette(hDc);}hf=_lcreat("c:\\invert.bmp",0);_lwrite(hf,(LPSTR)&bf,sizeof(BITMAPFILEHEADER));_lwrite(hf,(LPSTR)lpTempImgData,BufSize);_lclose(hf);//释放内存和资源ReleaseDC(hWnd,hDc);LocalUnlock(hTempImgData);LocalFree(hTempImgData);GlobalUnlock(hImgData);return TRUE;}5.2 彩色图转灰度图第2章中提到了YUV的颜色表示方法，在这种表示方法中，Y分量的物理含义就是亮度，它含了灰度图(grayscale)的所有信息，只用Y分量就完全能够表示出一幅灰度图来。

YUV 和RGB之间有着如下的对应关系：我们利用上式，根据R、G、B的值求出Y值后，将R、G、B值都赋值成Y，就能表示出灰度图来，这就是彩色图转灰度图的原理。

先看看真彩图。

我们知道真彩图不带调色板，每个象素用3个字节，表示R、G、B三个分量。

所以处理很简单，根据R、G、B的值求出Y值后，将R、G、B值都赋值成Y，写入新图即可。

再来看看带调色板的彩色图，我们知道位图中的数据只是对应调色板中的一个索引值，我们只需要将调色板中的彩色变成灰度，形成新调色板，而位图数据不用动，就可以了。

下面的程序实现了彩色图到灰度图的转换，注意其中真彩图和调色板位图处理时的差别。

BOOL ColortoGrayScale(HWND hWnd){DWORD SrcOffBits,SrcBufSize,DstBufSize,DstLineBytes; LPBITMAPINFOHEADER lpImgData;LPSTR lpPtr;HLOCAL hTempImgData;LPBITMAPINFOHEADER lpTempImgData;LPSTR lpTempPtr;HDC hDc;HFILE hf;LONG x,y;BITMAPFILEHEADER DstBf;BITMAPINFOHEADER DstBi;LOGPALETTE *pPal;HPALETTE hPrevPalette;HLOCAL hPal;DWORD NewNumColors;WORD NewBitCount;float Y;DWORD i;unsigned char Red,Green,Blue,Gray;NewNumColors=NumColors; //NewNumColors为新图的颜色数NewBitCount=bi.biBitCount; //NewBitCount为新图的颜色位数if(NumColors==0) //真彩图{NewNumColors=256;NewBitCount=8;}//由于颜色位数有可能发生了改变，所以要重新计算每行占用的字节数以及//新图的缓冲区大小DstLineBytes=(DWORD)WIDTHBYTES(bi.biWidth*NewBitCount);DstBufSize=(DWORD)(sizeof(BITMAPINFOHEADER)+NewNumColors*sizeof(RGBQUAD)+(DWORD)DstLineBytes*bi.biHeight);//DstBf和DstBi为新的BITMAPFILEHEADER和BITMAPINFOHEADER //拷贝原来的头信息memcpy((char *)&DstBf,(char *)&bf,sizeof(BITMAPFILEHEADER));memcpy((char *)&DstBi,(char *)&bi,sizeof(BITMAPINFOHEADER));//做必要的改变DstBf.bfSize=DstBufSize+sizeof(BITMAPFILEHEADER);DstBf.bfOffBits=(DWORD)(NewNumColors*sizeof(RGBQUAD)+sizeof(BITMAPFILEHEADER)+sizeof(BITMAPINFOHEADER));DstBi.biClrUsed=0;DstBi.biBitCount=NewBitCount;//原图的缓冲区的大小SrcOffBits=bf.bfOffBits- sizeof(BITMAPFILEHEADER);SrcBufSize=SrcOffBits+bi.biHeight*LineBytes;if((hTempImgData=LocalAlloc(LHND,DstBufSize))==NULL){MessageBox(hWnd,"Error alloc memory!","Error Message",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);return FALSE;}lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData);lpTempImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)LocalLock(hTempImgData); //拷贝头信息和位图数据memcpy(lpTempImgData,lpImgData,DstBufSize);//用新的BITMAPINFOHEADER替换原来的头信息memcpy(lpTempImgData,(char *)&DstBi,sizeof(BITMAPINFOHEADER));//lpPtr指向原图的数据lpPtr=(char *)lpImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER);//lpTempPtr指向新图的数据lpTempPtr=(char *)lpTempImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER);//为新的调色板分配内存hPal=LocalAlloc(LHND,sizeof(LOGPALETTE) + NewNumColors* sizeof(PALETTEENTRY));pPal =(LOGPALETTE *)LocalLock(hPal);pPal->palNumEntries =(WORD) NewNumColors;pPal->palVersion = 0x300;if(NumColors==0) //真彩色for (i = 0; i < 256; i++) { //灰度从(0,0,0)到(255,255,255)pPal->palPalEntry[i].peRed=(BYTE)i;pPal->palPalEntry[i].peGreen=(BYTE)i;pPal->palPalEntry[i].peBlue=(BYTE)i;pPal->palPalEntry[i].peFlags=(BYTE)0;*(lpTempPtr++)=(unsigned char)i;*(lpTempPtr++)=(unsigned char)i;*(lpTempPtr++)=(unsigned char)i;*(lpTempPtr++)=0;}elsefor (i = 0; i < NewNumColors; i++) { //带调色板的彩色图Blue=(unsigned char )(*lpPtr++);Green=(unsigned char )(*lpPtr++);Red=(unsigned char )(*lpPtr++);Y=(float)(Red*0.299+Green*0.587+Blue*0.114);Gray=(BYTE)Y;lpPtr++;//从原来的调色板中的颜色计算得到Y值，写入新的调色板pPal->palPalEntry[i].peRed=Gray;pPal->palPalEntry[i].peGreen=Gray;pPal->palPalEntry[i].peBlue=Gray;pPal->palPalEntry[i].peFlags=0;*(lpTempPtr++)=(unsigned char)Gray;*(lpTempPtr++)=(unsigned char)Gray;*(lpTempPtr++)=(unsigned char)Gray;*(lpTempPtr++)=0;}if(hPalette!=NULL)DeleteObject(hPalette);//生成新的逻辑调色板hPalette=CreatePalette(pPal);LocalUnlock(hPal);LocalFree(hPal);hDc=GetDC(hWnd);if(hPalette){hPrevPalette=SelectPalette(hDc,hPalette,FALSE);RealizePalette(hDc);}if(NumColors==0) //真彩色图才需要处理位图数据for(y=0;y<bi.biHeight;y++){lpPtr=(char *)lpImgData+(SrcBufSize-LineBytes-y*LineBytes);lpTempPtr=(char*)lpTempImgData+(DstBufSize-DstLineBytes-y*DstLineBytes);for(x=0;x<bi.biWidth;x++){Blue=(unsigned char )(*lpPtr++);Green=(unsigned char )(*lpPtr++);Red=(unsigned char )(*lpPtr++);Y=(float)(Red*0.299+Green*0.587+Blue*0.114);//从位图数据计算得到Y值，写入新图中Gray=(BYTE)Y;*(lpTempPtr++)=(unsigned char)Gray;}}if(hBitmap!=NULL)DeleteObject(hBitmap);//产生新的位图hBitmap=CreateDIBitmap(hDc,(LPBITMAPINFOHEADER)lpTempImgData, (LONG)CBM_INIT,(LPSTR)lpTempImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+NewNumColors*sizeof(RGBQUAD),(LPBITMAPINFO)lpTempImgData,DIB_RGB_COLORS);if(hPalette && hPrevPalette){SelectPalette(hDc,hPrevPalette,FALSE);RealizePalette(hDc);}hf=_lcreat("c:\\gray.bmp",0);_lwrite(hf,(LPSTR)&DstBf,sizeof(BITMAPFILEHEADER));_lwrite(hf,(LPSTR)lpTempImgData,DstBufSize);_lclose(hf);//释放内存和资源ReleaseDC(hWnd,hDc);LocalUnlock(hTempImgData);LocalFree(hTempImgData);GlobalUnlock(hImgData);return TRUE;}5.3 真彩图转256色图我们知道，真彩图中包含最多达224种颜色，怎样从中选出256种颜色，又要使颜色的失真比较小，这是一个比较复杂的问题。