C++图像处理 -- 线性亮度/对比度调整

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。

 

    本文代码是在《C++图像处理 -- 亮度/对比度调整》基础上，通过改非亮度为线性亮度而成的。

图像亮度调整分为非线性和线性两种方法。

    非线性图像亮度是将图像像素的R、G、B分别加上或减去某个值，其优点是代码简单，亮度调整速度快；缺点是图像信息损失较大，调整过的 图像显得平淡，无层次感。

    线性图像亮度一般是将图像像素的RGB转换为HSL(HSV)等颜色空间，对L(V)部分进行增减调整后，再转换为RGB颜色空间，优点是调整过图像层次感很强；缺点是代码较复杂，调整速度慢，而且当图像亮度增减量较大时有很大的失真。

    针对上面两种方法的优缺点，本人参照Photoshop的对比度、饱和度调整原理（可参见本人的有关文章），对图像亮度调整方法进行了改进，经测试，效果还不错，主要有不失真调整范围宽、有较好的层次感、尽可能减少图像信息损失量等；同时，在代码处理上，采用了灰度表查找法，先按制造了一个256个元素大小的线性亮度/对比度查找表，然后对图像数据逐像素按R、G、B分量值在查找表中取得调整后的数据，因此处理速度同《C++图像处理 -- 亮度/对比度调整》中的非线性亮度/对比度是基本相同的。

    原理用公式表示为：

    如果亮度增减量value范围为 -1  --  +1，当value > 0时：

      rgb = RGB + RGB * (1 / (1 - value) - 1)

    当value < 0时：

      rgb = RGB + RGB * value

    下面是图像线性亮度调整C/C++代码（使用C++ Builder编译器和GDI+库），包括例子代码：

//---------------------------------------------------------------------------

FORCEINLINE
INT CheckValue(INT value)
{
	return (value & ~0xff) == 0? value : value > 255? 255 : 0;
}
//---------------------------------------------------------------------------

// 线性亮度/对比度调整
VOID LineBrightAndContrast(BitmapData *data, INT bright, INT contrast, BYTE threshold)
{
	if (bright == 0 && contrast == 0)
		return;

	FLOAT bv = bright <= -255? -1.0f : bright / 255.0f;
	if (bright > 0 && bright < 255)
		bv = 1.0f / (1.0f - bv) - 1.0f;

	FLOAT cv = contrast <= -255? -1.0f : contrast / 255.0f;
	if (contrast > 0 && contrast < 255)
		cv = 1.0f / (1.0f - cv) - 1.0f;

	BYTE values[256];
	for (INT i = 0; i < 256; i ++)
	{
		INT v = contrast > 0? CheckValue(i + (INT)(i * bv + 0.5f)) : i;
		if (contrast >= 255)
			v = v >= threshold? 255 : 0;
		else
			v = CheckValue(v + (INT)((v - threshold) * cv + 0.5f));
		values[i] = contrast <= 0? CheckValue(v + (INT)(v * bv + 0.5f)) : v;
	}

	PARGBQuad p = (PARGBQuad)data->Scan0;
	INT offset = data->Stride - data->Width * sizeof(ARGBQuad);

	for (UINT y = 0; y < data->Height; y ++, (BYTE*)p += offset)
	{
		for (UINT x = 0; x < data->Width; x ++, p ++)
		{
			p->Blue		= values[p->Blue];
			p->Green	= values[p->Green];
			p->Red		= values[p->Red];
		}
	}
}
//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm1::Button2Click(TObject *Sender)
{
	Gdiplus::Bitmap *bmp =  new Gdiplus::Bitmap(L"..\\..\\media\\source1.jpg");

	Gdiplus::Graphics *g = new Gdiplus::Graphics(Canvas->Handle);
	g->DrawImage(bmp, 0, 0);

	BitmapData data;
	LockBitmap(bmp, &data);
	LineBrightAndContrast(&data, 20, 0, 121);
	UnlockBitmap(bmp, &data);

	g->DrawImage(bmp, data.Width, 0);

	delete g;
	delete bmp;
}
//---------------------------------------------------------------------------

    下面是用RGB非线性亮度调整（中）、HSL线性亮度调整（右）以及本文介绍的改进线性亮度调整方法（左）对同一照片的调整结果贴图：

                      原图：

 

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