图像编辑之对比度调整(亮度对比度的算法公式)

     继续图片编辑系列的文章，这次讲讲对图片对比度的调整方法。开篇先闲话一番，讲讲一些相关的东西。先是TinyImage的进度，因为某次莫名其妙用另外一个文件把一个很重要的头文件给覆盖了，导致出来一堆编译错误，改了大半个小时，于是为了保险起见赶紧整了个SVN。其次是本来这个周想写写色彩平衡的东西—-上星期主要在研究GIMP中关于色彩平衡实现的代码，但是因为各种原因：周六一大早折腾起来买票，搞得一天都没精神，周日又要去周老师家腐败，没啥心思整理相应的东西，所以先讲讲简单的东西。

    对比度，具体的概念解释可以参考Wiki或者百度百科。简单的讲对比度反应了图片上亮区域和暗区域的层次感。而反应到图像编辑上，调整对比度就是在保证平均亮度不变的情况下，扩大或缩小亮的点和暗的点的差异。既然是要保证平均亮度不变，所以对每个点的调整比例必须作用在该值和平均亮度的差值之上，这样才能够保证计算后的平均亮度不变，故有调整公式：

                                  Out = Average + (In – Average) * ( 1 + percent)

其中In表示原始像素点亮度，Average表示整张图片的平均亮度，Out表示调整后的亮度，而percent即调整范围[-1,1]。证明这个公式的正确性相当简单：

设图上有n个像素点，各个点亮度为Ai，平均亮度为A，变化率为alpha，则有：

    但是实际处理中，并没有太多的必要去计算一张图的平均亮度：一来耗时间，二来在平均亮度上的精确度并不会给图像的处理带来太多的好处—-一般就假设一张图的平均亮度为128，即一半亮度，而一张正常拍照拍出来的图平均亮度应该是在[100,150]。在肉眼看来两者基本没有任何区别，而如果真实地去计算平均亮度还会带来很大的计算量。如下：

通过计算平均亮度来调整对比度

01 void    AdjustContrastUsingAverageThreshold(TiBitmapData& bitmap,doublelevel)
02 {
03
04     TINYIMAGE_ASSERT_VOID(level >= -1.0 && level <= 1.0);
05
06     doublerThresholdSum = 0,gThresholdSum = 0,bThresholdSum = 0;
07     doubledetal= level + 1;
08     intwidth    = bitmap.GetWidth();
09     intheight    = bitmap.GetHeight();
10     intstride    = bitmap.GetStride();
11     intbpp        = bitmap.GetBpp();
12     u8* bmpData    = bitmap.GetBmpData();
13     intoffset    = stride - width * bpp;
14     longpixels = bitmap.GetTotalPixels();
15
16     for(int i = 0; i < height; i ++)
17     {
18         for(int j = 0; j < width; j++)
19         {
20             rThresholdSum += bmpData[rIndex];
21             gThresholdSum += bmpData[gIndex];
22             bThresholdSum += bmpData[bIndex];
23             bmpData += bpp;
24         }
25         bmpData += offset;
26     }
27
28     intrThreshold = (int)(rThresholdSum/pixels);
29     intgThreshold = (int)(gThresholdSum/pixels);
30     intbThreshold = (int)(bThresholdSum/pixels);
31
32     u8 r_lookup[256],g_lookup[256],b_lookup[256];
33
34     for(int i = 0; i < 256; i++)
35     {
36         r_lookup[i] = (u8)CLAMP0255(rThreshold + (i - rThreshold)* detal);
37         g_lookup[i] = (u8)CLAMP0255(gThreshold + (i - gThreshold)* detal);
38         b_lookup[i] = (u8)CLAMP0255(bThreshold + (i - bThreshold)* detal);
39     }
40
41     AdjustCurve(bitmap,r_lookup,g_lookup,b_lookup);
42 }

不计算平均亮度：

01 void    AdjustContrastUsingConstThreshold(TiBitmapData& bitmap,doublelevel)
02 {
03
04     TINYIMAGE_ASSERT_VOID(level >= -1.0 && level <= 1.0);
05
06     u8 lookup[256];
07     doubledelta        = 1 + level;
08     constint threshold = 0x7F;//128 可以认为是平均亮度
09
10     for(int i = 0; i < 256; i++)
11     {
12         lookup[i] = (u8)CLAMP0255(threshold + (i - threshold)* delta);
13     }
14
15     AdjustCurve(bitmap,lookup,TINYIMAGE_CHANEL_RGB);
16 }

而在调用算法的时候完全可以通过一个开关来控制到底是调用哪个—-个人推荐下一种，虽然不严格符合调整对比度的语义，但效果基本一致。在Release下下一种基本是瞬间完成，对于3K*2K的图也能保证在100ms内完成。

1 void    AdjustContrast(TiBitmapData& bitmap,doublelevel)
2 {
3 #ifdef CONSTTHRESHOLD
4     AdjustContrastUsingConstThreshold(bitmap,level);
5 #else
6     AdjustContrastUsingAverageThreshold(bitmap,level);
7 #endif
8 }



下面对亮度/对比度的原理简单介绍一下。     一、Photoshop对比度算法。可以用下面的公式来表示：     (1)、nRGB = RGB + (RGB - Threshold) * Contrast / 255     公式中，nRGB表示图像像素新的R、G、B分量，RGB表示图像像素R、G、B分量，Threshold为给定的阀值，Contrast为处理过的对比度增量。     Photoshop对于对比度增量，是按给定值的正负分别处理的：     当增量等于-255时，是图像对比度的下端极限，此时，图像RGB各分量都等于阀值，图像呈全灰色，灰度图上只有1条线，即阀值灰度；     当增量大于-255且小于0时，直接用上面的公式计算图像像素各分量；     当增量等于 255时，是图像对比度的上端极限，实际等于设置图像阀值，图像由最多八种颜色组成，灰度图上最多8条线，即红、黄、绿、青、蓝、紫及黑与白；     当增量大于0且小于255时，则先按下面公式(2)处理增量，然后再按上面公式(1)计算对比度：     (2)、nContrast = 255 * 255 / (255 - Contrast) - 255     公式中的nContrast为处理后的对比度增量，Contrast为给定的对比度增量。     二、图像亮度调整。本文采用的是最常用的非线性亮度调整（Phoposhop CS3以下版本也是这种亮度调整方式，CS3及以上版本也保留了该亮度调整方式的选项），本文亮度调整采用MMX，对亮度增量分正负情况分别进行了处理，每次处理2个像素，速度相当快，比常规BASM代码的亮度处理过程还要快几倍（参见《GDI+ 在Delphi程序的应用 -- 调整图像亮度》）。     三、图像亮度/对比度综合调整算法。这个很简单，当亮度、对比度同时调整时，如果对比度大于0，现调整亮度，再调整对比度；当对比度小于0时，则相反，先调整对比度，再调整亮度。

亮度对比度的算法公式 一副图像的亮度对比度调节属于图像的灰度线性变换，其公式如下: y = [x - 127.5 * (1 - B)] * k + 127.5 * (1 + B);  x为调节前的像素值，y为调节后的像素值。  其中B取值[-1,1]，调节亮度；  k调节对比度，arctan(k)取值[1,89]，所以 k = tan( (45 + 44 * c) / 180 * pi ); 其中c取值[-1,1]。通常我们用该值来设置对比度  特别的,  当B=0 时：y = (x - 127.5) * k + 127.5; 这时只调节对比度。 当c=0 时，k = 1：y = x + 255 * B; 这时只调节亮度。  评论这张 转发至微博 转发至微博