從RGB色轉爲灰度色算法（轉） 從RGB色轉爲灰度色算法（轉）

從RGB色轉爲灰度色算法（轉）

http://www.cnblogs.com/carekee/articles/3629964.html

1、基礎 
　　對於彩色轉灰度，有一個很著名的心理學公式：

                          Gray = R*0.299 + G*0.587 + B*0.114

2、整數算法

　　而實際應用時，但願避免低速的浮點運算，因此須要整數算法。
　　注意到係數都是3位精度的沒有，咱們能夠將它們縮放1000倍來實現整數運算算法：

                          Gray = (R*299 + G*587 + B*114 + 500) / 1000

　　RGB通常是8位精度，如今縮放1000倍，因此上面的運算是32位整型的運算。注意後面那個除法是整數除法，因此須要加上500來實現四捨五入。
　　就是因爲該算法須要32位運算，因此該公式的另外一個變種很流行：

                          Gray = (R*30 + G*59 + B*11 + 50) / 100

　　可是，雖然說上一個公式是32位整數運算，可是根據80x86體系的整數乘除指令的特色，是能夠用16位整數乘除指令來運算的。並且如今32位早普及了（AMD64都出來了），因此推薦使用上一個公式。

3、整數移位算法

　　上面的整數算法已經很快了，可是有一點仍制約速度，就是最後的那個除法。移位比除法快多了，因此能夠將係數縮放成 2的整數冪。
　　習慣上使用16位精度，2的16次冪是65536，因此這樣計算係數：

                          0.299 * 65536 = 19595.264 ≈ 19595
                          0.587 * 65536 + (0.264) = 38469.632 + 0.264 = 38469.896 ≈ 38469
                          0.114 * 65536 + (0.896) =   7471.104 + 0.896 = 7472

　　可能不少人看見了，我所使用的舍入方式不是四捨五入。四捨五入會有較大的偏差，應該將之前的計算結果的偏差一塊兒計算進去，舍入方式是去尾法：

　　寫成表達式是：

                          Gray = (R*19595 + G*38469 + B*7472) >> 16

　　2至20位精度的係數：

                          Gray = (R*1 + G*2 + B*1) >> 2
                          Gray = (R*2 + G*5 + B*1) >> 3
                          Gray = (R*4 + G*10 + B*2) >> 4
                          Gray = (R*9 + G*19 + B*4) >> 5
                          Gray = (R*19 + G*37 + B*8) >> 6
                          Gray = (R*38 + G*75 + B*15) >> 7
                          Gray = (R*76 + G*150 + B*30) >> 8
                          Gray = (R*153 + G*300 + B*59) >> 9
                          Gray = (R*306 + G*601 + B*117) >> 10
                          Gray = (R*612 + G*1202 + B*234) >> 11
                          Gray = (R*1224 + G*2405 + B*467) >> 12
                          Gray = (R*2449 + G*4809 + B*934) >> 13
                          Gray = (R*4898 + G*9618 + B*1868) >> 14
                          Gray = (R*9797 + G*19235 + B*3736) >> 15
                          Gray = (R*19595 + G*38469 + B*7472) >> 16
                          Gray = (R*39190 + G*76939 + B*14943) >> 17
                          Gray = (R*78381 + G*153878 + B*29885) >> 18
                          Gray = (R*156762 + G*307757 + B*59769) >> 19
                          Gray = (R*313524 + G*615514 + B*119538) >> 20

　　仔細觀察上面的表格，這些精度其實是同樣的：3與四、7與八、10與十一、13與1四、19與20
　　因此16位運算下最好的計算公式是使用7位精度，比先前那個係數縮放100倍的精度高，並且速度快：

                          Gray = (R*38 + G*75 + B*15) >> 7

　　其實最有意思的仍是那個2位精度的，徹底能夠移位優化：

                          Gray = (R + (WORD)G<<1 + B) >> 2

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在計算機中使用最多的 RGB 彩色空間，分別對應紅、綠、藍三種顏色；經過調配三個份量的比例來組成各類顏色。通常可使用 1 、 2 、 4 、 8 、 16 、 24 、 32 位來存儲這三顏色，不過如今一個份量最大是用 8 位來表示，最大值是 255 ，對於 32 位的顏色，高 8 位是用來表示通明度的。彩色圖通常指 16 位以上的圖。灰度圖有一個特殊之處就是組成顏色的三個份量相等；而通常灰度圖是 8 位如下。

在彩色電視機系統中，一般使用一種叫 YUV 的色彩空間，其中 Y 表示亮度信號；也就是這個 YUV 空間解決了彩色電視機和黑白電視機的兼容問題。

對於人眼來講，亮度信號是最敏感的，若是將彩色圖像轉換爲灰度圖像，僅僅須要轉換保存亮度信號就能夠。

從 RGB 到 YUV 空間的 Y 轉換公式爲：

Y = 0.299R+0.587G+0.114B

在 WINDOWS 中，表示 16 位以上的圖和如下的圖有點不一樣； 16 位如下的圖使用一個調色板來表示選擇具體的顏色，調色板的每一個單元是 4 個字節，其中一個透明度；而具體的像素值存儲的是索引，分別是 1 、 2 、 4 、 8 位。 16 位以上的圖直接使用像素表示顏色。

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那麼如何將彩色圖轉換爲灰度圖呢？

灰度圖中有調色板，首先須要肯定調色板的具體顏色取值。咱們前面提到了，灰度圖的三個份量相等。

當轉換爲 8 位的時候，調色板中有 256 個顏色，每一個正好從 0 到 255 個，三個份量都相等。

當轉換爲 4 位的時候，調色板中 16 個顏色，等間隔平分 255 個顏色值，三個份量都相等。

當轉換爲 2 位的時候，調色板中 4 個顏色，等間隔平分 255 個顏色，三個份量相等。

當轉換爲 1 位的時候，調色板中兩個顏色，是 0 和 255 ，表示黑和白。

將彩色轉換爲灰度時候，按照公式計算出對應的值，該值其實是亮度的級別；亮度從 0 到 255 ；因爲不一樣的位有不一樣的亮度級別，因此 Y 的具體取值以下：

       Y = Y/ (1<<(8- 轉換的位數 ));

最後一點須要注意，獲得 Y 值存放方式是不一樣的；分別用對應的位數來存儲對應的 Y 值。

//----------------------------------------------------------
//  RGB565 轉 8位灰度圖
//----------------------------------------------------------
   TUint8 gm_red,gm_green,gm_blue;
   TInt16 *des_ptr;
   TInt16 *pt;
   pt = (TInt16 *)p8;  //RGB565流

   for(TInt j=0;j<h;j++)
   {
         for(TInt i = w;i>0;i--)
         {
           gm_red       = ((*(TInt16 *)pt) & 0xF800) >> 8;
           gm_green     = ((*(TInt16 *)pt) & 0x07E0) >> 3;   
           gm_blue      = ((*(TInt16 *)pt) & 0x001F) <<  3;   
           p[0] = ( TUint8 )((gm_red*77 + gm_green*150 + gm_blue*29+128) / 256);
           p++;
           pt++;
        }
   }
   p = qt;   //灰度圖指針

 

一道面試題

寫一個函數，將一個32位RGB像素的色值轉爲灰度，RGB轉灰度的公式：Grey=.03*red+0.59*green+0.11*blue；RGB像素格式（左邊最高位，右邊最低位）：00000000RRRRRRRRGGGGGGGGBBBBBBBB.

unsigned int ToGrey（unsigned int rgb）

{ 請填 }

 

答案

unsigned int ToGrey(unsigned int rgb)
{
 unsigned int blue = (rgb & 0x000000FF)>>0;
 unsigned int green = (rgb & 0x0000FF00) >> 8;
 unsigned int red = (rgb & 0x00FF0000) >> 16;
 printf("\nred=%d,green=%d,blue=%d\n",red,green,blue);
 return ( red*38 +  green * 75 +  blue * 15 )>>7;
}

 

圖像灰度化

http://blog.sina.com.cn/s/blog_5edfc90301012nbx.html

//圖像灰度化，提取像素法===========================================================================
        private void Menu_Pixel_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (curBitmap != null)
            {
                Sta_TimeBox.Text = "運行所用時間：";
                myTimer.Start();
                Color curColor;
                int ret;

                //二維圖像數組循環               
                for (int i = 0; i < curBitmap.Width; i++)
                {
                    for (int j = 0; j < curBitmap.Height; j++)
                    {
                        //獲取該點像素的RGB顏色值                       
                        curColor = curBitmap.GetPixel(i, j);
                        //利用公式(2,2)計算灰度值                       
                        ret = (int)(curColor.R * 0.299 + curColor.G * 0.587 + curColor.B * 0.114);
                        //設置該點像素的灰度值,R=G=B=ret                       
                        curBitmap.SetPixel(i, j, Color.FromArgb(ret, ret, ret));
                    }
                }
                //性能測試計算               
                myTimer.Stop();
                Sta_TimeBox.Text ="運行所用時間："+ myTimer.Duration.ToString("####.##") + " 毫秒";

                Sta_ImageInfo.Text = "當前圖像：圖像灰度化圖";
                //對窗體進行從新繪製,這將強制執行Paint事件處理程序
                Invalidate();
            }
        }

//圖像灰度化，內存法===============================================================================
        private void Menu_Memory_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (curBitmap != null)
            {
                Sta_TimeBox.Text = "運行所用時間：";
                myTimer.Start();

                //位圖矩形               
                Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, curBitmap.Width, curBitmap.Height);
                //以可讀寫的方式鎖定所有位圖像素               
                System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpData =
                    curBitmap.LockBits(rect, System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite, curBitmap.PixelFormat);
                //獲得首地址               
                IntPtr ptr = bmpData.Scan0;

                //24位BMP位圖字節數               
                int bytes = bmpData.Stride * bmpData.Height;
                //定義位圖數組               
                byte[] rgbValues = new byte[bytes];
                //複製被鎖定的位圖像素值到該數組內               
                System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(ptr, rgbValues, 0, bytes);

                //灰度化               
                double colorTemp = 0;
                for (int i = 0; i < rgbValues.Length; i += 3)
                {
                    colorTemp = rgbValues[i + 2] * 0.299 + rgbValues[i + 1] * 0.587 + rgbValues[i] * 0.114;
                    rgbValues[i] = rgbValues[i + 1] = rgbValues[i + 2] = (byte)colorTemp;
                }

                //把數組複製回位圖               
                System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(rgbValues, 0, ptr, bytes);
                //解鎖位圖像素               
                curBitmap.UnlockBits(bmpData);

                //性能測試時間               
                myTimer.Stop();
                Sta_TimeBox.Text ="運行所用時間："+ myTimer.Duration.ToString("####.##") + " 毫秒";

                Sta_ImageInfo.Text = "當前圖像：圖像灰度化圖";
                //對窗體進行從新繪製,這樣強制執行Paint事件處理程序              
                Invalidate();
            }
        }

//圖像灰度化，指針法===============================================================================
        private void Menu_Pointer_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            if (curBitmap != null)
            {
                Sta_TimeBox.Text = "運行所用時間：";
                myTimer.Start();

                //位圖矩形               
                Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, curBitmap.Width, curBitmap.Height);
                //以可讀寫的方式鎖定所有位圖像素               
                System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpData =
                    curBitmap.LockBits(rect, System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite, curBitmap.PixelFormat);

                byte temp = 0;
                //啓動不安全模式               
                unsafe
                {
                    //獲得首地址                   
                    byte* ptr = (byte*)(bmpData.Scan0);
                    //二維圖像循環                   
                    for (int i = 0; i < bmpData.Height; i++)
                    {
                        for (int j = 0; j < bmpData.Width; j++)
                        {
                            //利用公式(2,2)計算灰度值                           
                            temp = (byte)(0.299 * ptr[2] + 0.587 * ptr[1] + 0.114 * ptr[0]);
                            ptr[0] = ptr[1] = ptr[2] = temp;
                            //指向下一個像素                          
                            ptr += 3;
                        }
                        //指向下一行數組的首個字節                       
                        ptr += bmpData.Stride - bmpData.Width * 3;
                    }
                }

                //解鎖位圖像素               
                curBitmap.UnlockBits(bmpData);

                //測試性能時間               
                myTimer.Stop();
                Sta_TimeBox.Text = "運行所用時間："+myTimer.Duration.ToString("####.##") + " 毫秒";

                Sta_ImageInfo.Text = "當前圖像：圖像灰度化圖";                //對窗體進行從新繪製,這將強制執行Paint事件處理程序                               Invalidate();            }        }