C++图像处理 -- 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。

 

    在《Delphi图像处理 -- 亮度/对比度调整》一文实现了Photoshop的亮度/对比度调整功能，这是其C/C++版。

    还是先简单介绍一下Photoshop图像亮度/对比度调整的原理：

    一、对比度算法公式。

    Photoshop对于对比度增量，是按给定值的正负分别处理的。

    如果用newRGB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为对比度增量，当Contrast大于0时：

         1) newRGB = RGB + (RGB - Threshold) * (1 / (1 - Contrast / 255) - 1)

    其中，当Contrast等于255时(RGB - Threshold) * (1 / (1 - Contrast / 255) - 1)为无限(±)，由于RGB最大最小值分别为255和0，因此，只能按Threshold来确定newRGB，即newRGB = RGB >= Threshold? 255 : 0，这实际就是设置图像阀值，图像由最多八种颜色组成，即红、黄、绿、青、蓝、紫及黑与白，在灰度图上也只有最多8条线。

    当Contrast小于0时：

        2) newRGB = RGB + (RGB - Threshold) * Contrast / 255

    其中，当Contrast等于-255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。

    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）。

    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。

    下面是用BCB2007和GDI+位图数据写的Photoshop图像亮度/对比度调整代码，包括例子代码：

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

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

// 亮度/对比度调整
VOID BrightAndContrast(BitmapData *data, INT bright, INT contrast, BYTE threshold)
{
	if (bright == 0 && contrast == 0)
		return;
	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 + bright) : 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 + bright) : 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::Button1Click(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);
	BrightAndContrast(&data, 0, 255, 121);
	UnlockBitmap(bmp, &data);

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

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

    在亮度/对比度调整函数BrightAndContrast中，首先按前面介绍的原理制造了一个256个元素大小的查找表，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，因此处理速度相当快。

    下面是例子程序运行界面截图（对比度255时）：

 

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