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本主题由 dianzi_0101 于 2024-12-2 09:46 审核通过

2.4 图像调整

2.4.1 图像的缩放

2.4.1.1 图像缩放算法浅析

图像缩放算法有很多种，这里参考网友"lantianyu520"所著的"图像缩放算法"。

原理浅析

要理解这个图像缩放算法的原理，最重要的是需要理解：对于图像上的每一个像素点，它缩放前后，相对于整个图像的比例应该是一样的。

比如：

以一个长度和宽度分别为200，100的长方形为例，将其放大两倍，那么缩放后的长度和宽度为400，200。

为方便理解，我们建立一个笛卡尔坐标系，把这个长方形左下角的顶点放到坐标(0,0)位置，四个点的坐标分别为：(0,0),(0,100),(200,0),(200,100)。

假设此时对长方形中的坐标点(40,50)，它的x坐标相对于长的比值是40/200=0.2，y坐标相对于宽的比值是50/100=0.5，那么该点的变换后的坐标Dx,Dy则应满足：Dx/400 = 5;Dy/200 = 0.5，这样，缩放后的坐标就可以算出来了。

根据上面的分析，设缩放前的像素点坐标为(Sx,Sy)，对应的缩放后的像素点坐标为(Dx,Dy)，缩放前的图像长宽分别为Sw,Sh，缩放后的图像长宽分别为Dw,Dh，则有：

Sx/Dx = Sw/Dw，Sy/Dy = Sh/Dh

故有Sx = Dx * Sw/Dw，Sy = Dy * Sh/Dh，

2.4.1.2源码编写：图像缩放算法

有了这个上面两条等式后，图像缩放算法的代码就好理解了。

下面的函数实现了基于上述原理实现的图像缩放算法：

代码清单2.4
1.	/********************************************************************** 
2.	 * 函数名称： PicZoom 
3.	 * 功能描述： 近邻取样插值方法缩放图片 
4.	 *            注意该函数会分配内存来存放缩放后的图片,用完后要用free函数释放掉 
5.	 *            "近邻取样插值"的原理请参考网友"lantianyu520"所著的"图像缩放算法" 
6.	 * 输入参数： ptPicData - 内含缩放前后的图像数据 
7.	 *            fSize    - 缩放倍数 
8.	 * 输出参数： ptPicData->pucZoomData,内含缩放后的数据 
9.	 * 返 回 值： 0 - 成功, 其他值 - 失败 
10.	 ***********************************************************************/  
11.	int PicZoom(PT_PictureData ptPicData,float fSize)  
12.	{  
13.	    ptPicData->iZoomWidth = ptPicData->iWidth * fSize;  
14.	    ptPicData->iZoomHeight= ptPicData->iHeight* fSize;  
15.	    unsigned long* pdwSrcXTable;  
16.	    unsigned long x;  
17.	    unsigned long y;  
18.	    unsigned long dwSrcY;  
19.	    unsigned char *pucDest;  
20.	    unsigned char *pucSrc;  
21.	    unsigned long dwPixelBytes = ptPicData->iBpp/8;  
22.	    ptPicData->pucZoomData= malloc(sizeof(unsigned char) * ptPicData->iZoomWidth*ptPicData->iZoomHeight*ptPicData->iBpp/8);  
23.	    pdwSrcXTable = malloc(sizeof(unsigned long) * ptPicData->iZoomWidth);  
24.	    if (NULL == pdwSrcXTable){  
25.	        printf("malloc error!\n");  
26.	        return -1;  
27.	    }  
28.	  
29.	    /* 这几个for循环的本质是Sx = Dx * Sw/Dw，Sy = Dy * Sh/Dh*/  
30.	    for (x = 0; x < ptPicData->iZoomWidth; x++){//生成表 pdwSrcXTable  
31.	        /* 第一个for循环对应x方向的坐标 
32.	     * pdwSrcXTable[x] 对应Sx, 
33.	     * x 对应Dx, 
34.	     * ptPicData->iWidth 对应Sw 
35.	     * ptPicData->iZoomWidth 对应 Dw*/   
36.	        pdwSrcXTable[x]=(x*ptPicData->iWidth/ptPicData->iZoomWidth);  
37.	    }  
38.	  
39.	    for (y = 0; y < ptPicData->iZoomHeight; y++){  
40.	    /* 第2个循环对应y方向的坐标 
41.	     * dwSrcY 对应Sy, 
42.	     * y 对应Dy, 
43.	     * ptPicData->iHeight 对应Sh 
44.	     * ptPicData->iZoomHeight 对应 Dh*/      
45.	        dwSrcY = (y * ptPicData->iHeight / ptPicData->iZoomHeight);  
46.	    /* 根据这些可算得各像素点的RGB数据存放的地址 */  
47.	        pucDest = ptPicData->pucZoomData + y*ptPicData->iZoomWidth*3;  
48.	        pucSrc  = ptPicData->pucRgbData + dwSrcY*ptPicData->iWidth*3;  
49.	  
50.	    /* 最后拷贝数据 */          
51.	        for (x = 0; x <ptPicData->iZoomWidth; x++){  
52.	             memcpy(pucDest+x*dwPixelBytes, pucSrc+pdwSrcXTable[x]*dwPixelBytes, dwPixelBytes);  
53.	        }  
54.	    }  
55.	  
56.	    free(pdwSrcXTable);  
57.	    return 0;  
58.	}

2.4.2 图像的旋转

2.4.2.1 图像旋转算法浅析

这里的图像旋转算法原理参考网友"落叶的思维"所著的"图像旋转算法与实现"

原理浅析

这个旋转算法的原理的关键点有两个：

原图像是以图像的左下角为原点建立笛卡尔坐标系的，而旋转一般是以图像的中心作为旋转点旋转的。

因此为了便于转换，我们先约定两个坐标系，一个是以图像左下角为原点建立的坐标系，称为坐标系A，这也是原图像的坐标系。一个是以图像中心为原点建立的坐标系，称为坐标系B。

由此，可以知道这个旋转算法的步骤：先将坐标系A下的坐标转换为坐标系B下的坐标，然后在坐标系B下进行图像的旋转。

在坐标系B下，我们假设点（x0，y0）距离原点的距离为r，点与原点之间的连线与x轴的夹角为b，旋转的角度为a，旋转后的点为（x1，y1）, 如下图所示。

ImageProcess_Image005

那么有以下结论：

x0=rcosb；y0=rsinb

x1 = rcos(b-a) = rcosbcosa+rsinbsina=x0cosa+y0sina；

y1=rsin(b-a)=rsinbcosa-rcosbsina=-x0sina+y0cosa；

最后，由于我们显示图像的RGB数据还是要在坐标系A下获取的，我们最后只需要将坐标系B下的x1,y1转换回坐标系A下的坐标就可以了。

旋转后的图像的长和宽会发生变化，因此要计算新图像的长和宽。

由几何关系可知，新图像的长和宽分别是旋转后，对角坐标相见后的最大值

2.4.2.2 源码编写：图像旋转算法

代码清单2.5
1.	 #define PI 3.1415926535  
2.	//角度到弧度转化  
3.	#define RADIAN(angle) ((angle)*PI/180.0)  
4.	  
5.	  
6.	  
7.	  
8.	  
9.	typedef struct ConcernCoor {  
10.	    int iLTx;// left top x  
11.	    int iLTy;//left top y  
12.	    int iLBx;//left bottom x  
13.	    int iLBy;//left bottom y  
14.	    int iRTx;//right top x  
15.	    int iRTy;//right top y  
16.	    int iRBx;// right bottom x  
17.	    int iRBy;// right bottom y  
18.	}T_ConcernCoor, *PT_ConcernCoor;  
19.	  
20.	  
21.	/********************************************************************** 
22.	 * 函数名称： max 
23.	 * 功能描述：比较两个参数，返回较大值 
24.	 * 输入参数：x，y均为int型 
25.	 * 输出参数： 无 
26.	 * 返 回 值： x，y中的较大值 
27.	 ***********************************************************************/  
28.	static int max(int x,int y){  
29.	    return x>y?x:y;  
30.	}  
31.	/********************************************************************** 
32.	 * 函数名称： PicRotate 
33.	 * 功能描述： 旋转图片 
34.	 *            注意该函数会分配内存来存放缩放后的图片,用完后要用free函数释放掉 
35.	 *              参考网友"落叶的思维"所著的"图像旋转算法与实现" 
36.	 * 输入参数： ptPicData - 内含图片的象素数据 
37.	 *            fAngle    - 旋转角度，0<=angle<=360 
38.	 * 输出参数： ptPicData->pucRotateData,内含旋转后的rgb数据 
39.	 * 返 回 值： 0 - 成功, 其他值 - 失败 
40.	 ***********************************************************************/  
41.	int PicRotate(PT_PictureData ptPicData,float fAngle)  
42.	{  
43.	    int i ,j;  
44.	    T_ConcernCoor tConCor,tRonCor;  
45.	    //原图像每一行去除偏移量的字节数  
46.	    //int iSrcLineSize = bitCount * srcW / 8;  
47.	    int iSrcLineSize = ptPicData->iBpp* ptPicData->iZoomWidth / 8;  
48.	    int iDesLineSize;  
49.	    int iX;//旋转后的x坐标  
50.	    int iY; //旋转后的y坐标  
51.	  
52.	       /* 将坐标系A下的坐标转换为坐标系B下的坐标, 
53.	        * 用于计算旋转后的图像的宽和高  
54.	        * tConCor用于存放坐标系B下旋转前的坐标 
55.	        * tRonCor用于存放坐标系B下旋转后的坐标*/  
56.	       tConCor.iLTx = -ptPicData->iZoomWidth/2; tConCor.iLTy = ptPicData->iZoomHeight/2;  
57.	    tConCor.iRTx = ptPicData->iZoomWidth/2; tConCor.iRTy = ptPicData->iZoomHeight/2;  
58.	    tConCor.iLBx = -ptPicData->iZoomWidth/2;tConCor.iLBy = -ptPicData->iZoomHeight/2;  
59.	    tConCor.iRBx = ptPicData->iZoomWidth/2;tConCor.iRBy = -ptPicData->iZoomHeight/2;  
60.	  
61.	  
62.	    /* 计算坐标系B下旋转后的坐标 */  
63.	    double sina = sin(RADIAN(fAngle));  
64.	    double cosa = cos(RADIAN(fAngle));  
65.	    tRonCor.iLTx =tConCor.iLTx * cosa + tConCor.iLTy * sina;  
66.	    tRonCor.iLTy = -tConCor.iLTx * sina + tConCor.iLTy * cosa;  
67.	    tRonCor.iRTx =tConCor.iRTx * cosa + tConCor.iRTy * sina;  
68.	    tRonCor.iRTy = -tConCor.iRTx * sina + tConCor.iRTy * cosa;  
69.	    tRonCor.iLBx = tConCor.iLBx * cosa + tConCor.iLBy * sina;  
70.	    tRonCor.iLBy = -tConCor.iLBx * sina + tConCor.iLBy * cosa;  
71.	    tRonCor.iRBx = tConCor.iRBx * cosa + tConCor.iRBy * sina;  
72.	    tRonCor.iRBy = -tConCor.iRBx * sina + tConCor.iRBy * cosa;  
73.	  
74.	      
75.	    /* 计算旋转后图像宽和高 */  
76.	    ptPicData->iRotateWidth = max(abs(tRonCor.iRBx - tRonCor.iLTx),abs(tRonCor.iRTx - tRonCor.iLBx));  
77.	    ptPicData->iRotateHeight = max(abs(tRonCor.iRBy - tRonCor.iLTy),abs(tRonCor.iRTy - tRonCor.iLBy));  
78.	  
79.	    /* 像素信息要保证3字节对齐，否则数据有可能出错*/  
80.	    iDesLineSize = ((ptPicData->iRotateWidth* ptPicData->iBpp+ 23) / 24) * 3 ;  
81.	    /* 分配旋转后的空间，注意这里要用旋转后的宽和高 */  
82.	    ptPicData->pucRotateData = malloc(iDesLineSize * ptPicData->iRotateHeight);  
83.	    if(NULL == ptPicData->pucRotateData){  
84.	        printf("malloc error\n");  
85.	        return -1;  
86.	    }  
87.	  
88.	    /* 通过新图像的坐标，计算对应的原图像的坐标* 
89.	      * i,j坐标就是对应的坐标系B下的x1,y1*/  
90.	    for (i = 0; i < ptPicData->iRotateHeight; i++){          
91.	        for (j = 0; j < ptPicData->iRotateWidth; j++){  
92.	            /* 坐标系B下的x,y1坐标，经过逆运算转换得到iX,iY,这两个值对应x0,y0 */  
93.	            iX = (j - ptPicData->iRotateWidth / 2)*cos(RADIAN(360 - fAngle)) + (-i + ptPicData->iRotateHeight / 2)*sin(RADIAN(360 - fAngle));  
94.	            iY = -(j - ptPicData->iRotateWidth / 2)*sin(RADIAN(360 - fAngle)) + (-i + ptPicData->iRotateHeight / 2)*cos(RADIAN(360 - fAngle));  
95.	            /*如果这个坐标不在原图像内，则不赋值*/  
96.	            if (iX > ptPicData->iZoomWidth / 2 || iX < -ptPicData->iZoomWidth / 2 || iY > ptPicData->iZoomHeight / 2 || iY < -ptPicData->iZoomHeight / 2){  
97.	                continue;  
98.	            }  
99.	            /* 再将坐标系B下的x0,y0坐标，转换为坐标系A下的坐标 */  
100.	            int iXN = iX + ptPicData->iZoomWidth / 2;   
101.	         int iYN = abs(iY - ptPicData->iZoomHeight  / 2);  
102.	            /* 值拷贝*/  
103.	            memcpy(&ptPicData->pucRotateData[i * iDesLineSize + j * 3],&ptPicData->pucZoomData[iYN * iSrcLineSize + iXN * 3],3);    
104.	        }  
105.	    }  
106.	  return 0;  
107.	}