GDI+ 在Delphi程序的应用 -- 图像饱和度调整

图像的饱和度调整有很多方法，最简单的就是判断每个象素的R、G、B值是否大于或小于128，大于加上调整值，小于则减去调整值；也可将象素RGB转换为HSV或者HSL，然后调整其S部分，从而达到线性调整图象饱和度的目的。这几种方法我都测试过，效果均不太好，简单的就不说了，利用HSV和HSL调整饱和度，其调节范围很窄，饱和度没达到，难看的色斑却出现了。而Photoshop的饱和度调整调节范围大多了，效果也好多了，请看下面25%饱和度调整时几种方法的效果对比图：

可以看出，都是25%的饱和度调整，Photoshop的调节幅度显得小一些（平坦些），效果也好多了，而HSV和HSL均出现了色斑，某些颜色也严重失真，尤其是HSV方式。

据网上和书上的介绍，Photoshop的是利用所谓HSB颜色模式实现色相/饱和度调节的，可是就是没有看到其算法，我只得自己进行琢磨，首先发现Photoshop色相/饱和度命令中的明度调节好象是“独立”的，也就是它不需要转换为所谓的HSB模式，直接靠白色和黑色遮照层进行调节，具体原理和代码可看我写的《GDI+ 在Delphi程序的应用 -- 仿Photoshop的明度调整》一文。后来，却又发现Photoshop的饱和度调节好象是“半独立的”，什么意思呢？就是说Photoshop的色相/饱和度的调整还是转换为HSL颜色模式进行的，只是饱和度的增减调节却是“独立”于SHL模式的另外一套算法，如果不是需要HSL的S和L部分进行饱和度的上下限控制，它也和明度调整一样，可以独立进行！下面是我写的C++算法（只是随手写的算法，不是真正的运行代码）：

inlinevoidSwapRGB(int&a,int&b)
{
a+=b;
b=a-b;
a-=b;
}

//利用HSL模式求得颜色的S和L
doublergbMax=R/255;
doublergbMin=G/255;
doublergbC=B/255;
if(rgbMax<rgbC)
SwapRGB(rgbMax,rgbC);
if(rgbMax<rgbMin)
SwapRGB(rgbMax,rgbMin);
if(rgbMin>rgbC)
SwapRGB(rgbMin,rgbC);

doubledelta=rgbMax-rgbMin;

// 如果delta=0，S=0，所以不能调整饱和度
if(delta==0) return;

doublevalue=rgbMax+rgbMin;
doubleS, L=value/2;
if(L<0.5)
S=delta/value;
else
S=delta/(2-value);
//具体的饱和度调整，sValue为饱和度增减量
//如果增减量>0，饱和度呈级数增强，否则线性衰减
if(sValue>0)
{
//如果增减量+S>1，用S代替增减量，以控制饱和度的上限
//否则取增减量的补数
sValue=sValue+S>=1?S:1-sValue;
//求倒数-1，实现级数增强
sValue=1/sValue-1;
}
//L在此作饱和度下限控制
R=R+(R-L*255)*sValue;
G=G+(G-L*255)*sValue;
B=B+(B-L*255)*sValue;

从上面的算法代码中可以看到，Photoshop的饱和度调整没有像HSV和HSL的饱和度调整那样，将S加上增减量重新计算，并将HSL转换回RGB，而只是取得了颜色的S、L作为上下限控制，对原有的RGB进行了“补丁”式的调节。

下面是根据以上算法写的Delphi的BASM代码和GDI+调用的饱和度调整过程：

1. type
2. //与GDI+TBitmapData结构兼容的图像数据结构
3. TImageData=packedrecord
4. Width:LongWord;//图像宽度
5. Height:LongWord;//图像高度
6. Stride:LongWord;//图像扫描线字节长度
7. PixelFormat:LongWord;//未使用
8. Scan0:Pointer;//图像数据地址
9. Reserved:LongWord;//保留
10. end;
11. PImageData=^TImageData;
13. //获取TBitmap图像的TImageData数据结构，便于处理TBitmap图像
14. functionGetImageData(Bmp:TBitmap):TImageData;
15. begin
16. Bmp.PixelFormat:=pf32bit;
17. Result.Width:=Bmp.Width;
18. Result.Height:=Bmp.Height;
19. Result.Scan0:=Bmp.ScanLine[Bmp.Height-1];
20. Result.Stride:=Result.Widthshl2;
21. //Result.Stride:=(((32*Bmp.Width)+31)and$ffffffe0)shr3;
22. end;

1. //图像饱和度调整。Value：(-255-+255，没作范围检查)
2. procedureSaturation(Data:TImageData;Value:Integer);
3. asm
4. pushebp
5. pushesi
6. pushedi
7. pushebx
9. movedi,[eax+16]//edi=Data.Scan0
10. movecx,[eax+4]//ecx=Data.Width*Data.Height
11. imulecx,[eax]
12. movebp,edx
13. cld
14. @PixelLoop://for(i=ecx-1;i>=0;i--)
15. dececx//{
16. js@end
17. movzxeax,[edi+2]
18. movzxebx,[edi+1]
19. movzxesi,[edi]
20. cmpesi,ebx
21. jge@@1
22. xchgesi,ebx
23. @@1:
24. cmpesi,eax
25. jge@@2
26. xchgesi,eax
27. @@2:
28. cmpebx,eax
29. jle@@3
30. movebx,eax
31. @@3:
32. moveax,esi//delta=varMax-varMin
33. subeax,ebx//if(delta==0)
34. jnz@@4//{
35. addedi,4//edi+=4
36. jmp@PixelLoop//continue
37. @@4://}
38. addesi,ebx
39. movebx,esi//ebx=varMax+varMin
40. shresi,1//esi=L=(varMax+varMin)/2
41. cmpesi,128
42. jl@@5
43. negebx//if(L>=128)ebx=510-ebx
44. addebx,510
45. @@5:
46. imuleax,255//eax=S=delta*255/ebx
47. cdq
48. divebx
49. movebx,ebp//ebx=value
50. testebx,ebx//if(ebx>0)
51. js@@10//{
52. addbl,al
53. jnc@@6//if(ebx+S>=255)
54. movebx,eax//ebx=S
55. jmp@@7
56. @@6:
57. movebx,255
58. subebx,ebp//elseebx=255-value
59. @@7:
60. moveax,65025//ebx=65025/ebx-255
61. cdq
62. divebx
63. subeax,255
64. movebx,eax//}
65. @@10:
66. pushebp
67. movebp,255
68. pushecx
69. movecx,3
70. @RGBLoop://for(j=3;j>0;j--)
71. movzxeax,[edi]//{
72. pusheax
73. subeax,esi//rgb=rgb+(rgb-L)*ebx/255
74. imuleax,ebx
75. cdq
76. idivebp
77. popedx
78. addeax,edx
79. jns@@11
80. xoreax,eax//if(rgb<0)rgb=0
81. jmp@@12
82. @@11:
83. cmpeax,255
84. jle@@12
85. moveax,255//elseif(rgb>255)rgb=255
86. @@12:
87. stosb//*edi++=rgb
88. loop@RGBLoop//}
89. popecx
90. popebp
91. incedi//edi++
92. jmp@PixelLoop//}
94. @end:
95. popebx
96. popedi
97. popesi
98. popebp
99. end;
101. procedureGdipSaturation(Bmp:TGpBitmap;Value:Integer);
102. var
103. Data:TBitmapData;
104. begin
105. ifValue=0thenExit;
106. Data:=Bmp.LockBits(GpRect(0,0,Bmp.Width,Bmp.Height),[imRead,imWrite],pf32bppARGB);
107. try
108. Saturation(TImageData(Data),Value);
109. finally
110. Bmp.UnlockBits(Data);
111. end;
112. end;
114. procedureBitmapSaturation(Bmp:TBitmap;Value:Integer);
115. begin
116. ifValue<>0then
117. Saturation(GetImageData(Bmp),Value);
118. end;

具体的测试代码就不写了，有兴趣者可参考我的《GDI+ 在Delphi程序的应用 -- 线性调整图像亮度》、《GDI+ 在Delphi程序的应用 -- 图像卷积操作及高斯模糊》和《GDI+ 在Delphi程序的应用 -- 图像亮度/对比度调整》等文章，写出GDI+的TGpBitmap和Delphi的TBitmap的测试代码，其运行结果与Photoshop完全一样。　　

　　对于色相的调整，HSV、HSL和HSB都是相同的，不同的只是饱和度和亮度（明度）的调整，前天我已经写了《GDI+ 在Delphi程序的应用 -- 仿Photoshop的明度调整》，加上这篇饱和度算法文章，是否意味Photoshop的HSB算法完全破解了呢？不然，Photoshop的饱和度和明度调整独立使用时，确实是我说的那样，与Photoshop效果完全一样，但是放在一起进行调节就有区别了，这里有个谁先谁后的时机问题，和我前天写的《GDI+ 在Delphi程序的应用 -- 图像亮度/对比度调整》中对比度和亮度关系一样，各自独立使用没问题，放在一起调整就麻烦，但是对比度和亮度的关系比较简单，几次测试就清楚了，而饱和度和明度的关系我试验过多次，均与Photoshop有区别（只是有区别而以，其效果不比Photoshop的差多少），所以，要完全破解，还得试验，如果有谁知道，请务必告知，本人在此先谢了。下面干脆把我用BCB6写的试验性代码完整的贴在这，有兴趣的朋友可以帮忙试验，这个试验代码写的很零乱，运行也不快，先调整饱和度，再调整明度，其他方式没成功，所以没保存结果。

//rgbhsb.h

#ifndefRgbHsbH
#defineRgbHsbH

#include<windows.h>
#include<algorithm>
usingstd::min;
usingstd::max;
#include<gdiplus.h>
usingnamespaceGdiplus;

voidSetRgbHsb(unsignedchar&R,unsignedchar&G,unsignedchar&B,
inthValue,intsValue,intbValue);
voidGdipHSBAdjustment(Bitmap*Bmp,inthValue,intsValue,intbValue);

//---------------------------------------------------------------------------
#endif

//rgbhsb.cpp

#pragmahdrstop

#include"RgbHsb.h"

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

inlinevoidSwapRGB(int&a,int&b)
{
a+=b;
b=a-b;
a-=b;
}

inlinevoidCheckRGB(int&Value)
{
if(Value<0)Value=0;
elseif(Value>255)Value=255;
}

inlinevoidAssignRGB(unsignedchar&R,unsignedchar&G,unsignedchar&B,intrv,intgv,intbv)
{
R=rv;
G=gv;
B=bv;
}

voidSetRgbHsb(unsignedchar&R,unsignedchar&G,unsignedchar&B,inthValue,intsValue,intbValue)
{
intrgbMax=R;
intrgbMin=G;
intrgbC=B;
if(rgbMax<rgbC)
SwapRGB(rgbMax,rgbC);
if(rgbMax<rgbMin)
SwapRGB(rgbMax,rgbMin);
if(rgbMin>rgbC)
SwapRGB(rgbMin,rgbC);
intvalue=rgbMax+rgbMin;
intL=(value+1)>>1;
intH,S;
intdelta=rgbMax-rgbMin;
if(!delta)
H=S=0;
else
{
if(L<128)
S=delta*255/value;
else
S=delta*255/(510-value);
if(rgbMax==R)
H=(G-B)*60/delta;
elseif(rgbMax==G)
H=(B-R)*60/delta+120;
else
H=(R-G)*60/delta+240;
if(H<0)H+=360;
if(hValue)
{
H+=hValue;
if(H<0)H+=360;
elseif(H>360)H-=360;
intm=H%60;
H/=60;
if(H&1)m=60-m;
rgbC=(m*255+30)/60;
rgbC=rgbC-(rgbC-128)*(255-S)/255;
intLum=L-128;
if(Lum>0)
rgbC=rgbC+((255-rgbC)*Lum+64)/128;
elseif(Lum<0)
rgbC=rgbC+rgbC*Lum/128;
}
elseH/=60;
if(sValue)
{
if(sValue>0)
{
sValue=sValue+S>=255?S:255-sValue;
sValue=65025/sValue-255;
}
rgbMax=rgbMax+(rgbMax-L)*sValue/255;
rgbMin=rgbMin+(rgbMin-L)*sValue/255;
rgbC=rgbC+(rgbC-L)*sValue/255;
}
}
if(bValue>0)
{
rgbMax=rgbMax+(255-rgbMax)*bValue/255;
rgbMin=rgbMin+(255-rgbMin)*bValue/255;
rgbC=rgbC+(255-rgbC)*bValue/255;
}
elseif(bValue<0)
{
rgbMax=rgbMax+rgbMax*bValue/255;
rgbMin=rgbMin+rgbMin*bValue/255;
rgbC=rgbC+rgbC*bValue/255;
}
CheckRGB(rgbMax);
CheckRGB(rgbMin);
CheckRGB(rgbC);
if(bValue||S)
{
switch(H)
{
case1:AssignRGB(R,G,B,rgbC,rgbMax,rgbMin);
break;
case2:AssignRGB(R,G,B,rgbMin,rgbMax,rgbC);
break;
case3:AssignRGB(R,G,B,rgbMin,rgbC,rgbMax);
break;
case4:AssignRGB(R,G,B,rgbC,rgbMin,rgbMax);
break;
case5:AssignRGB(R,G,B,rgbMax,rgbMin,rgbC);
break;
default:AssignRGB(R,G,B,rgbMax,rgbC,rgbMin);
}
}
//elseAssignRGB(R,G,B,rgbMax,rgbMin,rgbC);
}

voidGdipHSBAdjustment(Bitmap*Bmp,inthValue,intsValue,intbValue)
{
sValue=sValue*255/100;
bValue=bValue*255/100;
BitmapDatadata;
Rectr(0,0,Bmp->GetWidth(),Bmp->GetHeight());
Bmp->LockBits(&r,ImageLockModeRead|ImageLockModeWrite,PixelFormat24bppRGB,&data);
try
{
intoffset=data.Stride-data.Width*3;
unsignedchar*p=(unsignedchar*)data.Scan0;
for(inty=0;y<data.Height;y++,p+=offset)
for(intx=0;x<data.Width;x++,p+=3)
SetRgbHsb(p[2],p[1],*p,hValue,sValue,bValue);
}
__finally
{
Bmp->UnlockBits(&data);
}
}

#pragmapackage(smart_init)

//main.h

#ifndefmainH
#definemainH
//---------------------------------------------------------------------------
#include<Classes.hpp>
#include<Controls.hpp>
#include<StdCtrls.hpp>
#include<Forms.hpp>
#include<ComCtrls.hpp>
#include<ExtCtrls.hpp>
#include"RgbHsb.h"
//---------------------------------------------------------------------------
classTForm1:publicTForm
{
__published://IDE-managedComponents
TButton*Button1;
TLabel*Label1;
TLabel*Label2;
TLabel*Label3;
TTrackBar*HBar;
TTrackBar*SBar;
TTrackBar*BBar;
TEdit*HEdit;
TEdit*SEdit;
TEdit*BEdit;
TPaintBox*PaintBox1;
void__fastcallPaintBox1Paint(TObject*Sender);
void__fastcallHEditKeyPress(TObject*Sender,char&Key);
void__fastcallHEditChange(TObject*Sender);
void__fastcallHBarChange(TObject*Sender);
void__fastcallSBarChange(TObject*Sender);
void__fastcallBBarChange(TObject*Sender);
private://Userdeclarations
public://Userdeclarations
__fastcallTForm1(TComponent*Owner);
__fastcall~TForm1(void);
};
//---------------------------------------------------------------------------
externPACKAGETForm1*Form1;
//---------------------------------------------------------------------------
#endif

//main.cpp


#include<vcl.h>
#pragmahdrstop

#include"main.h"
#include<stdlib.h>
//---------------------------------------------------------------------------
#pragmapackage(smart_init)
#pragmaresource"*.dfm"
TForm1*Form1;

ULONGgdiplusToken;
Bitmap*Bmp,*tmpBmp;
Gdiplus::Rectr;
boollock;

//---------------------------------------------------------------------------
__fastcallTForm1::TForm1(TComponent*Owner)
:TForm(Owner)
{
Gdiplus::GdiplusStartupInputgdiplusStartupInput;
GdiplusStartup(&gdiplusToken,&gdiplusStartupInput,NULL);
Bmp=newBitmap(WideString("100_0349.jpg"/*"d:/100_1.jpg"*/));
r=Gdiplus::Rect(0,0,Bmp->GetWidth(),Bmp->GetHeight());
tmpBmp=Bmp->Clone(r,PixelFormat24bppRGB);
DoubleBuffered=true;
lock=false;
}
__fastcallTForm1::~TForm1(void)
{
deletetmpBmp;
deleteBmp;
GdiplusShutdown(gdiplusToken);
}
//---------------------------------------------------------------------------


void__fastcallTForm1::PaintBox1Paint(TObject*Sender)
{
Gdiplus::Graphicsg(PaintBox1->Canvas->Handle);
g.DrawImage(tmpBmp,r);
g.TranslateTransform(0,r.Height);
g.DrawImage(Bmp,r);
}
//---------------------------------------------------------------------------

void__fastcallTForm1::HEditKeyPress(TObject*Sender,char&Key)
{
if(Key>=32&&(Key<48||Key>57))
Key=0;
}
//---------------------------------------------------------------------------

void__fastcallTForm1::HEditChange(TObject*Sender)
{
lock=true;
if(((TEdit*)Sender)->Text.Length()==0)
((TEdit*)Sender)->Text="0";
switch(((TEdit*)Sender)->Tag)
{
case0:HBar->Position=HEdit->Text.ToInt();
break;
case1:SBar->Position=SEdit->Text.ToInt();
break;
case2:BBar->Position=BEdit->Text.ToInt();
break;
}
lock=false;
deletetmpBmp;
tmpBmp=Bmp->Clone(r,PixelFormat24bppRGB);
if(HBar->Position||SBar->Position||BBar->Position)
GdipHSBAdjustment(tmpBmp,HBar->Position,SBar->Position,BBar->Position);
PaintBox1->Invalidate();
}
//---------------------------------------------------------------------------

void__fastcallTForm1::HBarChange(TObject*Sender)
{
if(!lock)
HEdit->Text=HBar->Position;
}
//---------------------------------------------------------------------------

void__fastcallTForm1::SBarChange(TObject*Sender)
{
if(!lock)
SEdit->Text=SBar->Position;
}
//---------------------------------------------------------------------------

void__fastcallTForm1::BBarChange(TObject*Sender)
{
if(!lock)
BEdit->Text=BBar->Position;
}

　　由于本人文化水平太差，虽摸索出这些算法，但却没法把它进一步说透，只好说些“独立”，“补丁”的字眼，让各位见笑了。如有错误请指正，有建议也请来信：[e-mail]

后记：在GDI+下，32位PNG图像经转换为24位图像格式处理还原后，原有的透明色在转换过程中损失，故将本文对24位图像处理代码改为了32位图像处理代码。(2007.12.12)

说明：为了统一《GDI+ 在Delphi程序的应用》系列文章所用数据类型和图像处理格式，本文代码已作了修订，代码中所用Gdiplus单元下载地址及BUG更正见文章《GDI+ for VCL基础 -- GDI+ 与 VCL》。(2008.8.18记)