RSS订阅 | 匿名投稿
您的位置:网站首页 > 图像 > 正文

Delphi图像处理 -- 图像卷积

作者:admin 来源: 日期:2018/3/17 22:25:58 人气: 标签:

阅读提示:

    《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。

    《C++图像处理》系列以代码清晰,可读性为主,全部使用C++代码。

    尽可能保持二者内容一致,可相互对照。

   本文代码必须包括文章《Delphi图像处理 -- 数据类型及公用过程》中的ImageData.pas单元。

 

    在图像的处理过程中,经常要用到卷积模板,如图像锐化、图像平滑、高斯模糊、Hough变换等,为此,本人使用Delphi编写了图像通用卷积处理过程和高斯模糊过程,代码如下: 

procedure Convolution32(var Dest: TImageData; const Source: TImageData;
  Template: Pointer; Size, TemplateOffset: Integer);
var
  width, height: Integer;
  dstOffset, srcOffset: Integer;
asm
    push      esi
    push      edi
    push      ebx
    push      ecx
    call      _SetCopyRegs
    mov       width, ecx
    mov       height, edx
    mov       dstOffset, ebx
    mov       srcOffset, eax
    mov       eax, TemplateOffset
    pop       ebx             // ebx = Template
    pxor      xmm7, xmm7
@@yLoop:                      // for (y = 0; y < Dst.Height; y ++)
    push      width           // {
@@xLoop:                      //   for (x = 0; x < Dst.Width; x ++)
    push      esi             //   {
    push      ebx
    pxor      xmm0, xmm0      //     xmm0 = 0
    mov       edx, size       //     for (I = 0; I < TemplateSize; I ++)
@@iLoop:                      //     {
    mov       ecx, size       //       for (J = 0; J <= TemplateSize; J ++)
@@jLoop:                      //       {
    movd      xmm1, [esi]
    punpcklbw xmm1, xmm7
    punpcklwd xmm1, xmm7
    cvtdq2ps  xmm1, xmm1
    mulps     xmm1, [ebx]     //         xmm1 = pixels[I, J] * Template[i * j]
    addps     xmm0, xmm1      //         xmm0 += xmm1
    add       esi, 4          //         esi += 4
    add       ebx, 16         //         edx += 16
    loop      @@jLoop         //       }
    add       esi, eax
    dec       edx
    jnz       @@iLoop         //     }
    cvtps2dq  xmm0, xmm0
    packssdw  xmm0, xmm7
    packuswb  xmm0, xmm7
    movd      [edi], xmm0     //     *(ARGB*)edi = xmm0
    pop       ebx
    pop       esi
    add       esi, 4          //     esi += 4
    add       edi, 4          //     edi += 4
    dec       width
    jnz       @@xLoop         //   }
    add       esi, srcOffset  //   esi += srcOffset
    add       edi, dstOffset  //   edi += dstOffset
    pop       width
    dec       height
    jnz       @@yLoop         // }
    pop       ebx
    pop       edi
    pop       esi
end;

procedure ConvolutionOne(var Dest: TImageData; const Source: TImageData;
  Template: Pointer; Size, TemplateOffset: Integer);
var
  width, height: Integer;
  dstOffset, srcOffset: Integer;
asm
    push      esi
    push      edi
    push      ebx
    push      ecx
    call      _SetCopyRegs
    mov       width, ecx
    mov       height, edx
    mov       dstOffset, ebx
    mov       srcOffset, eax
    mov       eax, TemplateOffset
    pop       ebx             // ebx = Template
    pxor      mm7, mm7
@@yLoop:                      // for (y = 0; y < Dst.Height; y ++)
    push      width           // {
@@xLoop:                      //   for (x = 0; x < Dst.Width; x ++)
    push      esi             //   {
    push      ebx
    pxor      mm0, mm0        //     mm0 = 0
    mov       edx, size       //     for (I = 0; I < TemplateSize; I ++)
@@iLoop:                      //     {
    mov       ecx, size       //       for (J = 0; J <= TemplateSize; J ++)
@@jLoop:                      //       {
    movd      mm1, [esi]
    punpcklbw mm1, mm7
    pmullw    mm1, [ebx]      //         mm1 = pixels[I, J] * Template[i * j]
    paddsw    mm0, mm1        //         mm0 += mm1
    add       esi, 4          //         esi += 4
    add       ebx, 8          //         edx += 8
    loop      @@jLoop         //       }
    add       esi, eax
    dec       edx
    jnz       @@iLoop         //     }
    packuswb  mm0, mm7
    movd      [edi], mm0      //     *(ARGB*)edi = mm0
    pop       ebx
    pop       esi
    add       esi, 4          //     esi += 4
    add       edi, 4          //     edi += 4
    dec       width
    jnz       @@xLoop         //   }
    add       esi, srcOffset  //   esi += srcOffset
    add       edi, dstOffset  //   edi += dstOffset
    pop       width
    dec       height
    jnz       @@yLoop         // }
    emms
    pop       ebx
    pop       edi
    pop       esi
end;

procedure CvtTemplate8(Template8, Template: Pointer; n: Integer);
asm
    push      eax
    push      ecx
    pcmpeqw   mm7, mm7
    psrlq     mm7, 16
@@Loop:
    movd      mm0, [edx]
    pshufw    mm0, mm0, 0
    pand      mm0, mm7
    movq      [eax], mm0
    add       edx, 4
    add       eax, 8
    loop      @@Loop
    pop       ecx
    pop       eax
    shr       ecx, 1
    shl       ecx, 3
    add       eax, ecx
    add       eax, 6
    mov       word ptr[eax], 1  // (short)Template8[n / 2][3] = 1
    emms
end;

procedure CvtTemplate16(Template16, Template: Pointer; n: Integer);
var
  nuclear: Single;
asm
    push      edx
    push      ecx
    fldz
@@SumLoop:
    fadd      dword ptr[edx]
    add       edx, 4
    loop      @@SumLoop
    fstp      nuclear
    fwait
    pop       ecx
    pop       edx
    cmp       nuclear, 0
    je        @@1
    movss     xmm7, nuclear
    shufps    xmm7, xmm7, 0
@@Loop:
    movss     xmm0, [edx]
    shufps    xmm0, xmm0, 0
    divps     xmm0, xmm7
    movaps    [eax], xmm0
    add       edx, 4
    add       eax, 16
    loop      @@Loop
    jmp       @@Exit
@@1:
    push      eax
    push      ecx
    pcmpeqd   xmm7, xmm7
    psrldq    xmm7, 4         // xmm7 >> 32
@@Loop1:
    movss     xmm0, [edx]
    shufps    xmm0, xmm0, 0
    andps     xmm0, xmm7
    movaps    [eax], xmm0
    add       edx, 4
    add       eax, 16
    loop      @@Loop1
    pop       ecx
    pop       eax
    shr       ecx, 1
    shl       ecx, 4
    add       eax, ecx
    add       eax, 12
    fld1
    fstp      dword ptr[eax]  // (float)Template16[n / 2][3] = 1.0
@@Exit:
end;

procedure CvtTemplate16I(Template16, Template: Pointer; n, nuclear: Integer);
asm
    cmp       nuclear, 1
    jle       @@1
    movd      xmm7, nuclear
    pshufd    xmm7, xmm7, 0
    cvtdq2ps  xmm7, xmm7
@@Loop:
    movd      xmm0, [edx]
    pshufd    xmm0, xmm0, 0
    cvtdq2ps  xmm0, xmm0
    divps     xmm0, xmm7
    movaps    [eax], xmm0
    add       edx, 4
    add       eax, 16
    loop      @@Loop
    jmp       @@Exit
@@1:
    push      eax
    push      ecx
    pcmpeqd   xmm7, xmm7
    psrldq    xmm7, 4         // xmm7 >> 32
@@Loop1:
    movd      xmm0, [edx]
    pshufd    xmm0, xmm0, 0
    pand      xmm0, xmm7
    cvtdq2ps  xmm0, xmm0
    movaps    [eax], xmm0
    add       edx, 4
    add       eax, 16
    loop      @@Loop1
    pop       ecx
    pop       eax
    shr       ecx, 1
    shl       ecx, 4
    add       eax, ecx
    add       eax, 12
    fld1
    fstp      dword ptr[eax]  // (float)Template16[n / 2][3] = 1.0
@@Exit:
end;

procedure ImageConvolutionI(var Data: TImageData; const Template: array of Integer);
var
  i, n, sum: Integer;
  buffer, pTemplate: Pointer;
  templateSize, templateOffset: Integer;
  nuclear: Integer;
  isFloatOp: Boolean;
  src: TImageData;
begin
  if Data.AlphaFlag then
    ArgbConvertPArgb(Data);
  n := Length(Template);
  templateSize := Trunc(Sqrt(n));
  src := _GetExpandData(Data, templateSize shr 1);
  templateOffset := src.Stride - (templateSize shl 2);
  nuclear := 0;
  for i := 0 to n - 1 do
    Inc(nuclear, Template[i]);
  isFloatOp := nuclear > 1;
  if not isFloatOp then
  begin
    sum := 0;
    for i := 0 to n - 1 do
    begin
      Inc(sum, Template[i] * 255);
      isFloatOp := (sum > 32767) or (sum < -32768);
      if isFloatOp then Break;
    end;
  end;
  if not isFloatOp then
  begin
    buffer := GlobalAllocPtr(GHND, n * Sizeof(TMMType));
    CvtTemplate8(buffer, @Template[0], n);
    ConvolutionOne(Data, src, buffer, templateSize, templateOffset);
  end
  else
  begin
    buffer := GlobalAllocPtr(GHND, n * 16 + 12);
    pTemplate := Pointer((Integer(buffer) + 12) and (not 15));
    CvtTemplate16I(pTemplate, @Template[0], n, nuclear);
    Convolution32(Data, src, PTemplate, templateSize, templateOffset);
  end;
  GlobalFreePtr(Buffer);
  FreeImageData(src);
  if Data.AlphaFlag then
    PArgbConvertArgb(Data);
end;

procedure ImageConvolution(var Data: TImageData; const Template: array of Single);
var
  n: Integer;
  buffer, pTemplate: Pointer;
  templateSize, templateOffset: Integer;
  src: TImageData;
begin
  if Data.AlphaFlag then
    ArgbConvertPArgb(Data);
  n := Length(Template);
  templateSize := Trunc(Sqrt(n));
  src := _GetExpandData(Data, templateSize shr 1);
  templateOffset := src.Stride - (templateSize shl 2);
  buffer := GlobalAllocPtr(GHND, n * 16 + 12);
  pTemplate := Pointer((Integer(buffer) + 12) and (not 15));
  CvtTemplate16(pTemplate, @Template[0], n);
  Convolution32(Data, src, PTemplate, templateSize, templateOffset);
  GlobalFreePtr(Buffer);
  FreeImageData(src);
  if Data.AlphaFlag then
    PArgbConvertArgb(Data);
end;

 因为要进行图像卷积操作,必须拷贝出源图像,本文过程在拷贝源图像时使用_GetExpandData过程附带扩展了其边框,这样在卷积图像边界像素时不必再进行坐标范围判断,从而简化了代码和提高了运行速度。

   考虑不同的应用环境,本文写了浮点卷积矩阵和整数卷积矩阵2个版本。

   浮点版本采用SSE浮点运算,每次可同时处理图像像素ARGB4个分量,运行速度比较快;

   整数版本有2种处理方法,对于卷积核小于等于1的卷积模板采用了MMX处理,过程速度相当快,当然也要求其模板单个数据项不得超过127,整个模板数据项与255的乘积和不得超过$7fff,一般卷积核小于等于1的卷积模板都远远小于这些值(当然,代码中已经对此作了检查,并做出了相应的处理)。对于卷积核大于1的卷积模板,则转换为浮点数版本处理。 

        下面给出一个直接调用GdipConvolution过程进行Hough变换的例子:
procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);
const
//  Ray: array[0..8] of Integer = (-1, 0, 1, -1, 0, 1, -1, 0, 1);
//  Ray: array[0..8] of Integer = (-1, -1, 0, -1, 0, 1, 0, 1, 1);
    Ray: array[0..8] of Integer = (-1, -1, -1, 0, 0, 0, 1, 1, 1);
var
  bmp: TGpBitmap;
  g: TGpGraphics;
  data: TImageData;
begin
  bmp := TGpBitmap.Create('..\media\msn.jpg');
  g := TGpGraphics.Create(Canvas.Handle);
  g.DrawImage(bmp, 0, 0);
  data := LockGpBitmap(bmp);
  ImageConvolutionI(Data, Ray);
  UnlockGpBitmap(bmp, data);
  g.DrawImage(bmp, data.Width, 0);
  g.Free;
  bmp.Free;
end;


读完这篇文章后,您心情如何?
0
0
0
0
0
0
0
0
本文网址:
下一篇:没有资料