Получение Gaussian Blur
Получение Gaussian Blur
Автор: Den is Com
Ну вот, добрались и до фильтров. В неформальных испытаниях этот код оказался вдвое быстрее, чем это делает Adobe Photoshop. Мне кажется есть множество фильтров, которые можно переделать или оптимизировать для быстроты обработки изображений.
Ядро гауссовой функции exp(-(x^2 + y^2)) есть разновидность формулы f(x)*g(y), которая означает, что мы можем выполнить двумерную свертку, делая последовательность одномерных сверток - сначала мы свертываем каждую строчку изображения, затем - каждую колонку. Хороший повод для ускорения (N^2 становится N*2). Любая свертка требует некоторого место для временного хранения результатов - ниже в коде программа BlurRow как раз распределяет и освобождает память для каждой колонки. Вероятно это должно ускорить обработку изображения, правда не ясно насколько.
Поле "size" в записи TKernel ограничено значением 200. Фактически, если вы хотите использовать еще больший радиус, это не вызовет проблем - попробуйте со значениями radius = 3, 5 или другими. Для большого количества данных методы свертки на поверку оказываются эффективнее преобразований Фурье (как показали опыты).
Еще один комментарий все же необходим: гауссово размывание имеет одно магическое свойство, а именно - вы можете сначала размыть каждую строчку (применить фильтр), затем каждую колонку - фактически получается значительно быстрее, чем двумерная свертка.
Во всяком случае вы можете сделать так:
unitGBlur2;
interface
uses Windows, Graphics;
type
PRGBTriple = ^TRGBTriple;
TRGBTriple = packed record
b: byte; //легче для использования чем типа rgbtBlue...
g: byte;
r: byte;
end;
PRow = ^TRow;
TRow = array[0..1000000] of TRGBTriple;
PPRows = ^TPRows;
TPRows = array[0..1000000] of PRow;
const
MaxKernelSize = 100;
type
TKernelSize = 1..MaxKernelSize;
TKernel = record
Size: TKernelSize;
Weights: array[-MaxKernelSize..MaxKernelSize] of single;
end;
//идея заключается в том, что при использовании TKernel мы игнорируем
//Weights (вес), за исключением Weights в диапазоне -Size..Size.
procedure GBlur(theBitmap: TBitmap; radius: double);
implementation
uses SysUtils;
procedure MakeGaussianKernel(var K: TKernel; radius: double;
MaxData, DataGranularity: double);
//Делаем K (гауссово зерно) со среднеквадратичным отклонением = radius.
//Для текущего приложения мы устанавливаем переменные MaxData = 255,
//DataGranularity = 1. Теперь в процедуре установим значение
//K.Size так, что при использовании K мы будем игнорировать Weights (вес)
//с наименее возможными значениями. (Малый размер нам на пользу,
//поскольку время выполнения напрямую зависит от
//значения K.Size.)
var
j: integer;
temp, delta: double;
KernelSize: TKernelSize;
begin
for j := Low(K.Weights) to High(K.Weights) do
begin
temp := j / radius;
K.Weights[j] := exp(-temp * temp / 2);
end;
//делаем так, чтобы sum(Weights) = 1:
temp := 0;
for j := Low(K.Weights) to High(K.Weights) do
temp := temp + K.Weights[j];
for j := Low(K.Weights) to High(K.Weights) do
K.Weights[j] := K.Weights[j] / temp;
//теперь отбрасываем (или делаем отметку "игнорировать"
//для переменной Size) данные, имеющие относительно небольшое значение -
//это важно, в противном случае смазавание происходим с малым радиусом и
//той области, которая "захватывается" большим радиусом...
KernelSize := MaxKernelSize;
delta := DataGranularity / (2 * MaxData);
temp := 0;
while (temp < delta) and (KernelSize > 1) do
begin
temp := temp + 2 * K.Weights[KernelSize];
dec(KernelSize);
end;
K.Size := KernelSize;
//теперь для корректности возвращаемого результата проводим ту же
//операцию с K.Size, так, чтобы сумма всех данных была равна единице:
temp := 0;
for j := -K.Size to K.Size do
temp := temp + K.Weights[j];
for j := -K.Size to K.Size do
K.Weights[j] := K.Weights[j] / temp;
end;
function TrimInt(Lower, Upper, theInteger: integer): integer;
begin
if (theInteger <= Upper) and (theInteger >= Lower) then
result := theInteger
else if theInteger > Upper then
result := Upper
else
result := Lower;
end;
function TrimReal(Lower, Upper: integer; x: double): integer;
begin
if (x < upper) and (x >= lower) then
result := trunc(x)
else if x > Upper then
result := Upper
else
result := Lower;
end;
procedure BlurRow(var theRow: array of TRGBTriple; K: TKernel; P: PRow);
var
j, n, LocalRow: integer;
tr, tg, tb: double; //tempRed и др.
w: double;
begin
for j := 0 to High(theRow) do
begin
tb := 0;
tg := 0;
tr := 0;
for n := -K.Size to K.Size do
begin
w := K.Weights[n];
//TrimInt задает отступ от края строки...
with theRow[TrimInt(0, High(theRow), j - n)] do
begin
tb := tb + w * b;
tg := tg + w * g;
tr := tr + w * r;
end;
end;
with P[j] do
begin
b := TrimReal(0, 255, tb);
g := TrimReal(0, 255, tg);
r := TrimReal(0, 255, tr);
end;
end;
Move(P[0], theRow[0], (High(theRow) + 1) * Sizeof(TRGBTriple));
end;
procedure GBlur(theBitmap: TBitmap; radius: double);
var
Row, Col: integer;
theRows: PPRows;
K: TKernel;
ACol: PRow;
P: PRow;
begin
if (theBitmap.HandleType <> bmDIB) or (theBitmap.PixelFormat <> pf24Bit) then
raise
exception.Create('GBlur может работать только с 24-битными изображениями');
MakeGaussianKernel(K, radius, 255, 1);
GetMem(theRows, theBitmap.Height * SizeOf(PRow));
GetMem(ACol, theBitmap.Height * SizeOf(TRGBTriple));
//запись позиции данных изображения:
for Row := 0 to theBitmap.Height - 1 do
theRows[Row] := theBitmap.Scanline[Row];
//размываем каждую строчку:
P := AllocMem(theBitmap.Width * SizeOf(TRGBTriple));
for Row := 0 to theBitmap.Height - 1 do
BlurRow(Slice(theRows[Row]^, theBitmap.Width), K, P);
//теперь размываем каждую колонку
ReAllocMem(P, theBitmap.Height * SizeOf(TRGBTriple));
for Col := 0 to theBitmap.Width - 1 do
begin
//- считываем первую колонку в TRow:
for Row := 0 to theBitmap.Height - 1 do
ACol[Row] := theRows[Row][Col];
BlurRow(Slice(ACol^, theBitmap.Height), K, P);
//теперь помещаем обработанный столбец на свое место в данные изображения:
for Row := 0 to theBitmap.Height - 1 do
theRows[Row][Col] := ACol[Row];
end;
FreeMem(theRows);
FreeMem(ACol);
ReAllocMem(P, 0);
end;
end.
Должно работать, если только вы не удалите некоторый код вместе с глупыми коментариями. Для примера:
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
b: TBitmap;
begin
if not openDialog1.Execute then
exit;
b := TBitmap.Create;
b.LoadFromFile(OpenDialog1.Filename);
b.PixelFormat := pf24Bit;
Canvas.Draw(0, 0, b);
GBlur(b, StrToFloat(Edit1.text));
Canvas.Draw(b.Width, 0, b);
b.Free;
end;
Имейте в виду, что 24-битные изображения при системной 256-цветной палитре требуют некоторых дополнительных хитростей, так как эти изображения не только выглядят в таком случае немного "странными", но и серьезно нарушают работу фильтра.
Взято из
Гауссово размывание (Gaussian Blur) в Delphi (продолжение) - Создание тени у метки
Автор: Den is Com
Данный метод позволяет создавать тень у текстовых меток TLabel. Не требует лазить в Photoshop и что-то ваять там - тень рисуется динамически, поэтому и объём программы не раздувает. Создание тени присходит в фоновом режиме, во время "простоя" процессора.
Пример использования:
ShowFade(CaptionLabel);
//или
ShowFadeWithParam(CaptionLabel,3,3,2,clGray);
Blur.pas
unitblur;
interface
uses
Classes, graphics, stdctrls, gblur2;
const
add_width = 4;
add_height = 5;
type
TBlurThread = class(TThread)
private
{ Private declarations }
text_position: Integer;
FadeLabel: TLabel;
Temp_Bitmap: TBitmap;
procedure ShowBlur;
procedure SetSize;
protected
F_width, F_X, F_Y: Integer;
F_color: TColor;
procedure Execute; override;
public
constructor Create(Sender: TLabel; Fade_width: integer; Fade_X: Integer;
Fade_Y: Integer; Fade_color: TColor);
destructor Destroy;
end;
procedure ShowFade(Sender: TLabel);
procedure ShowFadeWithParam(Sender: TLabel; Fade_width: integer; Fade_X:
Integer; Fade_Y: Integer; Fade_color: TColor);
implementation
procedure ShowFadeWithParam(Sender: TLabel; Fade_width: integer; Fade_X:
Integer; Fade_Y: Integer; Fade_color: TColor);
var
SlowThread: TBlurThread;
begin
SlowThread := TBlurThread.Create(Sender, Fade_width, Fade_X, Fade_Y,
Fade_color);
SlowThread.Priority := tpIdle;
SlowThread.Resume;
end;
procedure ShowFade;
var
SlowThread: TBlurThread;
begin
SlowThread := TBlurThread.Create(Sender, 3, 3, 3, clBlack);
SlowThread.Priority := tpIdle;
//SlowThread.Priority:=tpLowest;
//SlowThread.Priority:=tpTimeCritical;
SlowThread.Resume;
end;
constructor TBlurThread.Create(Sender: TLabel; Fade_width: integer; Fade_X:
Integer; Fade_Y: Integer; Fade_color: TColor);
begin
Temp_Bitmap := TBitmap.Create;
Temp_Bitmap.Canvas.Font := Sender.Font;
FadeLabel := Sender;
F_width := Fade_width;
F_X := Fade_X;
F_Y := Fade_Y;
F_color := Fade_color;
inherited Create(True);
end;
destructor TBlurThread.Destroy;
begin
Temp_Bitmap.Free;
inherited Destroy;
end;
procedure TBlurThread.ShowBlur;
begin
FadeLabel.Canvas.Draw(text_position + F_X, F_Y, Temp_Bitmap);
FadeLabel.Canvas.TextOut(text_position, 0, FadeLabel.Caption);
end;
procedure TBlurThread.SetSize;
begin
if FadeLabel.Width < (Temp_Bitmap.Canvas.TextWidth(FadeLabel.Caption) + F_width
+ F_X {add_width}) then
begin
FadeLabel.Width := Temp_Bitmap.Canvas.TextWidth(FadeLabel.Caption) + F_width
+ F_X {add_width};
FadeLabel.Tag := 2;
end
else
FadeLabel.Tag := 0;
if FadeLabel.Height < (Temp_Bitmap.Canvas.TextHeight(FadeLabel.Caption) +
F_width + F_Y {add_height}) then
begin
FadeLabel.Height := Temp_Bitmap.Canvas.TextHeight(FadeLabel.Caption) +
F_width + F_Y {add_height};
FadeLabel.Tag := 1;
end
else if FadeLabel.Tag <> 2 then
FadeLabel.Tag := 0;
end;
{ TBlurThread }
procedure TBlurThread.Execute;
begin
{ Place thread code here }
Synchronize(SetSize);
if FadeLabel.Tag = 0 then
begin
Temp_Bitmap.Width := FadeLabel.Width;
Temp_Bitmap.Height := FadeLabel.Height;
Temp_Bitmap.Canvas.Brush.Color := FadeLabel.Color;
Temp_Bitmap.Canvas.FillRect(FadeLabel.ClientRect);
Temp_Bitmap.Canvas.Font.Color := F_color; //clBlack
if FadeLabel.Alignment = taRightJustify then
text_position := FadeLabel.Width -
Temp_Bitmap.Canvas.TextWidth(FadeLabel.Caption) - F_width - F_X {add_width}
else if FadeLabel.Alignment = taCenter then
text_position := (FadeLabel.Width -
Temp_Bitmap.Canvas.TextWidth(FadeLabel.Caption) - F_width - F_X
{add_width}) div 2
else
text_position := 0;
Temp_Bitmap.Canvas.TextOut(0, 0, FadeLabel.Caption);
Temp_Bitmap.PixelFormat := pf24Bit;
GBlur(Temp_Bitmap, F_width);
//Temp_Bitmap.SaveToFile('a.bmp');
Synchronize(ShowBlur);
end;
end;
end.
Взято из
The gaussian kernel exp(-(x^2 + y^2)) is of the form f(x)*g(y), which means that you can perform a two-dimensional convolution by doing a sequence of one-dimensional convolutions - first you convolve each row and then each column. This is much faster (an N^2 becomes an N*2). Any convolution requires some temporary storage - below the BlurRow routine allocates and frees the memory, meaning that it gets allocated and freed once for each row. Probably changing this would speed it up some, it's not entirely clear how much.
The kernel "size" is limited to 200 entries. In fact if you use radius anything like that large it will take forever - you want to try this with a radius = 3 or 5 or something. For a kernel with that many entries a straight convolution is the thing to do, while when the kernel gets much larger Fourier transform techniques will be better (I couldn't say what the actual cutoff is.)
One comment that needs to be made is that a gaussian blur has the magical property that you can blur each row one by one and then blur each column - this is much faster than an actual 2-d convolution.
Anyway, you can do this:
unit GBlur2;
interface
uses
Windows, Graphics;
type
PRGBTriple = ^TRGBTriple;
TRGBTriple = packed record
b: byte; {easier to type than rgbtBlue}
g: byte;
r: byte;
end;
PRow = ^TRow;
TRow = array[0..1000000] of TRGBTriple;
PPRows = ^TPRows;
TPRows = array[0..1000000] of PRow;
const
MaxKernelSize = 100;
type
TKernelSize = 1..MaxKernelSize;
TKernel = record
Size: TKernelSize;
Weights: array[-MaxKernelSize..MaxKernelSize] of single;
end;
{the idea is that when using a TKernel you ignore the Weights except
for Weights in the range -Size..Size.}
procedure GBlur(theBitmap: TBitmap; radius: double);
implementation
uses
SysUtils;
procedure MakeGaussianKernel(var K: TKernel; radius: double; MaxData, DataGranularity: double);
{makes K into a gaussian kernel with standard deviation = radius. For the current application
you set MaxData = 255 and DataGranularity = 1. Now the procedure sets the value of K.Size so
that when we use K we will ignore the Weights that are so small they can't possibly matter. (Small
Size is good because the execution time is going to be propertional to K.Size.)}
var
j: integer;
temp, delta: double;
KernelSize: TKernelSize;
begin
for j := Low(K.Weights) to High(K.Weights) do
begin
temp := j / radius;
K.Weights[j] := exp(-temp * temp / 2);
end;
{now divide by constant so sum(Weights) = 1:}
temp := 0;
for j := Low(K.Weights) to High(K.Weights) do
temp := temp + K.Weights[j];
for j := Low(K.Weights) to High(K.Weights) do
K.Weights[j] := K.Weights[j] / temp;
{now discard (or rather mark as ignorable by setting Size) the entries that are too small to matter.
This is important, otherwise a blur with a small radius will take as long as with a large radius...}
KernelSize := MaxKernelSize;
delta := DataGranularity / (2 * MaxData);
temp := 0;
while (temp < delta) and (KernelSize > 1) do
begin
temp := temp + 2 * K.Weights[KernelSize];
dec(KernelSize);
end;
K.Size := KernelSize;
{now just to be correct go back and jiggle again so the sum of the entries we'll be using is exactly 1}
temp := 0;
for j := -K.Size to K.Size do
temp := temp + K.Weights[j];
for j := -K.Size to K.Size do
K.Weights[j] := K.Weights[j] / temp;
end;
function TrimInt(Lower, Upper, theInteger: integer): integer;
begin
if (theInteger <= Upper) and (theInteger >= Lower) then
result := theInteger
else if theInteger > Upper then
result := Upper
else
result := Lower;
end;
function TrimReal(Lower, Upper: integer; x: double): integer;
begin
if (x < upper) and (x >= lower) then
result := trunc(x)
else if x > Upper then
result := Upper
else
result := Lower;
end;
procedure BlurRow(var theRow: array of TRGBTriple; K: TKernel; P: PRow);
var
j, n, LocalRow: integer;
tr, tg, tb: double; {tempRed, etc}
w: double;
begin
for j := 0 to High(theRow) do
begin
tb := 0;
tg := 0;
tr := 0;
for n := -K.Size to K.Size do
begin
w := K.Weights[n];
{the TrimInt keeps us from running off the edge of the row...}
with theRow[TrimInt(0, High(theRow), j - n)] do
begin
tb := tb + w * b;
tg := tg + w * g;
tr := tr + w * r;
end;
end;
with P[j] do
begin
b := TrimReal(0, 255, tb);
g := TrimReal(0, 255, tg);
r := TrimReal(0, 255, tr);
end;
end;
Move(P[0], theRow[0], (High(theRow) + 1) * Sizeof(TRGBTriple));
end;
procedure GBlur(theBitmap: TBitmap; radius: double);
var
Row, Col: integer;
theRows: PPRows;
K: TKernel;
ACol: PRow;
P: PRow;
begin
if (theBitmap.HandleType <> bmDIB) or (theBitmap.PixelFormat <> pf24Bit) then
raise exception.Create('GBlur only works for 24-bit bitmaps');
MakeGaussianKernel(K, radius, 255, 1);
GetMem(theRows, theBitmap.Height * SizeOf(PRow));
GetMem(ACol, theBitmap.Height * SizeOf(TRGBTriple));
{record the location of the bitmap data:}
for Row := 0 to theBitmap.Height - 1 do
theRows[Row] := theBitmap.Scanline[Row];
{blur each row:}
P := AllocMem(theBitmap.Width * SizeOf(TRGBTriple));
for Row := 0 to theBitmap.Height - 1 do
BlurRow(Slice(theRows[Row]^, theBitmap.Width), K, P);
{now blur each column}
ReAllocMem(P, theBitmap.Height * SizeOf(TRGBTriple));
for Col := 0 to theBitmap.Width - 1 do
begin
{first read the column into a TRow:}
for Row := 0 to theBitmap.Height - 1 do
ACol[Row] := theRows[Row][Col];
BlurRow(Slice(ACol^, theBitmap.Height), K, P);
{now put that row, um, column back into the data:}
for Row := 0 to theBitmap.Height - 1 do
theRows[Row][Col] := ACol[Row];
end;
FreeMem(theRows);
FreeMem(ACol);
ReAllocMem(P, 0);
end;
end.
Example:
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
b: TBitmap;
begin
if not openDialog1.Execute then
exit;
b := TBitmap.Create;
b.LoadFromFile(OpenDialog1.Filename);
b.PixelFormat := pf24Bit;
Canvas.Draw(0, 0, b);
GBlur(b, StrToFloat(Edit1.text));
Canvas.Draw(b.Width, 0, b);
b.Free;
end;
Note that displaying 24-bit bitmaps on a 256-color system requires some special tricks - if this looks funny at 256 colors it doesn't prove the blur is wrong.
