DstLineBytes-y*DstLineBytes);

        for(x=0;x<bi.biWidth;x++){

            //R，G，B各取4位

            Blue=(int)(*(lpPtr++) & 0xf0);

            Green=(int)(*(lpPtr++) & 0xf0);

            Red=(int)(*(lpPtr++) & 0xf0);

            //拼成一個12位整數

            ClrIndex=(Blue<<4) + Green +(Red >>4);

            for (i = 0; i < PalCounts;i++)

                if (ClrIndex == ColorIndex[i]){

//根據12索引值取得對應的調色板中的索引值

                    *(lpTempPtr++)=(unsigned char)ColorHits[i];

                    break;

                }

        }

    }

    if(hBitmap!=NULL)

        DeleteObject(hBitmap);

    //產生新的位圖  

    hBitmap=CreateDIBitmap(hDc, (LPBITMAPINFOHEADER)lpTempImgData, 

 (LONG)CBM_INIT,    (LPSTR)lpTempImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER) +

256*sizeof(RGBQUAD),    (LPBITMAPINFO)lpTempImgData, DIB_RGB_COLORS);

    if(hPalette && hPrevPalette){

        SelectPalette(hDc,hPrevPalette,FALSE);

        RealizePalette(hDc);

    }

    hf=_lcreat("c:\\256.bmp",0);

    _lwrite(hf,(LPSTR)&DstBf,sizeof(BITMAPFILEHEADER)); 

    _lwrite(hf,(LPSTR)lpTempImgData,DstBufSize);

    _lclose(hf);

    //釋放內存和資源

    ReleaseDC(hWnd,hDc);

    LocalUnlock(hTempImgData);

    LocalFree(hTempImgData);

    GlobalUnlock(hImgData);

    return TRUE;

}

 

    以下我們將要介紹灰度變換，針對的都是256級灰度圖。

4．對比度擴展(contrast stretching)

    假設有一幅圖，由于成象時光照不足，使得整幅圖偏暗，（例如，灰度范圍從0到63）；或者成象時光照過強，使得整幅圖偏亮，（例如，灰度范圍從200到255），我們稱這些情況為低對比度，即灰度都擠在一起，沒有拉開。灰度擴展的意思就是把你所感興趣的灰度范圍拉開，使得該范圍內的像素，亮的越亮，暗的越暗，從而達到了增強對比度的目的。我們可以用如下的圖來說明對比度擴展的原理。

                       

圖5. 對比度擴展的原理

    圖中的橫坐標gold表示原圖的灰度值，縱坐標gnew表示gold經過對比度擴展后得到了新的灰度值。a,b,c為三段直線的斜率，因為是對比度擴展，所以斜率b>1。g1old和g2old表示原圖中要進行對比度擴展的范圍，g1new和g2new表示對應的新值。用公式表示為  

        a*gold                      當0<=gold<g1old時

gnew=  b*(gold-g1old)+g1new     當g1old<=gold<g2old時

        c*(gold-g2old)+g2new        當g2old<gold<=255時

顯然要得到對比度擴展后的灰度，我們需要知道a,b,c,g1old,g2old五個參數。由于有新圖的灰度級別也是255這個約束，所以滿足a*g1old+b*(g2old-g1old)+c(255-g2old)=255這個方程。這樣，我們只需給出四個參數，而另一個可以可以代入方程求得。我們假設a=c，這樣，我們只要給出b，g1old和g2old，就可以求出  

a=(255-b*(g2old-g1old))/(255-(g2old-g1old)) 

要注意的是，給出的三個參數必須滿足1. b*(g2old-g1old)<=255；2. (g2old-g1old)<=255

這兩點是顯然的。

    下圖為圖1取g1old=100；g2old=150 ；b=3.0進行對比度擴展的結果。可以看出亮的區域（雕塑）變得更亮，暗的區域（手）變得更暗。

                              

圖6. 圖1對比度擴展后的結果

下面的這段程序實現了對比度擴展。首先出現對話框，輸入b,g1old,g2old的三個參數（在程序中分別是StretchRatio，SecondPoint，FirstPoint），然后對調色板做響應的處理，而實際的位圖數據不用動。

BOOL ContrastStretch(HWND hWnd)

{

    DLGPROC                dlgInputBox = NULL;

    DWORD              BufSize;

    LPBITMAPINFOHEADER lpImgData;

    LPSTR                  lpPtr;

    HLOCAL                 hTempImgData;

    LPBITMAPINFOHEADER lpTempImgData;

    LPSTR                 lpTempPtr;

    HDC                   hDc;

    HFILE                  hf;

    LOGPALETTE          *pPal;

    HPALETTE             hPrevPalette=NULL; 

    HLOCAL               hPal;

    DWORD                i;

    unsigned char         Gray;

    float                   a,g1,g2,g;

 

    if( NumColors!=256){ //必須是256級灰度圖

        MessageBox(hWnd,"Must be a 256 grayscale bitmap!","Error Message",MB_OK|

MB_ICONEXCLAMATION);

        return FALSE;

}

//出現對話框，輸入三個參數

    dlgInputBox = (DLGPROC) MakeProcInstance ( (FARPROC)InputBox, ghInst );

    DialogBox (ghInst, "INPUTBOX", hWnd, dlgInputBox);

    FreeProcInstance ( (FARPROC) dlgInputBox );

    if( StretchRatio*(SecondPoint-FirstPoint) > 255.0){ //參數不合法

MessageBox(hWnd,"StretchRatio*(SecondPoint-FirstPoint) can not be larger than 255!","Error Message",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);

        return FALSE;

    }

if( (SecondPoint-FirstPoint) >=255){ //參數不合法

            MessageBox(hWnd,"The area you selected can not be the whole scale!",

"Error Message",MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);

        return FALSE;

}

//計算出第一和第三段的斜率a

    a=(float)((255.0-StretchRatio*(SecondPoint-FirstPoint))

/(255.0-(SecondPoint-FirstPoint))); 

    //對比度擴展范圍的邊界點所對應的新的灰度

    g1=a*FirstPoint;

    g2=StretchRatio*(SecondPoint-FirstPoint)+g1;

    //新開的緩沖區的大小

    BufSize=bf.bfSize-sizeof(BITMAPFILEHEADER);

    if((hTempImgData=LocalAlloc(LHND,BufSize))==NULL)

    {

        MessageBox(hWnd,"Error alloc memory!","Error Message",MB_OK|

MB_ICONEXCLAMATION);

            return FALSE;

    }

    lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData);    

    lpTempImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)LocalLock(hTempImgData);

//拷貝頭信息和實際位圖數據

    memcpy(lpTempImgData,lpImgData,BufSize);

    hDc=GetDC(hWnd);

    //lpPtr指向原圖數據緩沖區，lpTempPtr指向新圖數據緩沖區

    lpPtr=(char *)lpImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER);

    lpTempPtr=(char *)lpTempImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER);

    //為新的邏輯調色板分配內存

    hPal=LocalAlloc(LHND,sizeof(LOGPALETTE) + NumColors* sizeof(PALETTEENTRY));

    pPal =(LOGPALETTE *)LocalLock(hPal);

    pPal->palNumEntries =(WORD) NumColors;

    pPal->palVersion    = 0x300;

    for (i = 0; i < 256; i++) {

        Gray=(unsigned char )*lpPtr;

        lpPtr+=4;

        //進行對比度擴展

        if(Gray<FirstPoint) g=(float)(a*Gray);

        else if (Gray<SecondPoint) g=g1+StretchRatio*(Gray-FirstPoint);

        else g=g2+a*(Gray-SecondPoint);

        pPal->palPalEntry[i].peRed=(BYTE)g;

        pPal->palPalEntry[i].peGreen=(BYTE)g;

        pPal->palPalEntry[i].peBlue=(BYTE)g;

        pPal->palPalEntry[i].peFlags=0;

        *(lpTempPtr++)=(unsigned char)g;

        *(lpTempPtr++)=(unsigned char)g;

        *(lpTempPtr++)=(unsigned char)g;

        *(lpTempPtr++)=0;

    }

    if(hPalette!=NULL)                     

        DeleteObject(hPalette);

    //產生新的邏輯調色板

    hPalette=CreatePalette(pPal);

    LocalUnlock(hPal);

    LocalFree(hPal);

    if(hPalette){

        hPrevPalette=SelectPalette(hDc,hPalette,FALSE);

        RealizePalette(hDc);

    }

    if(hBitmap!=NULL)

        DeleteObject(hBitmap);

    //產生新的位圖  

    hBitmap=CreateDIBitmap(hDc, (LPBITMAPINFOHEADER)lpTempImgData, 

(LONG)CBM_INIT, (LPSTR)lpTempImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER) +

NumColors*sizeof(RGBQUAD),(LPBITMAPINFO)lpTempImgData, DIB_RGB_COLORS);

    if(hPalette && hPrevPalette){

        SelectPalette(hDc,hPrevPalette,FALSE);

        RealizePalette(hDc);

    }

    hf=_lcreat("c:\\stretch.bmp",0);

    _lwrite(hf,(LPSTR)&bf,sizeof(BITMAPFILEHEADER)); 

    _lwrite(hf,(LPSTR)lpTempImgData,BufSize);

    _lclose(hf);

    //釋放內存和資源

    ReleaseDC(hWnd,hDc);

    LocalUnlock(hTempImgData);

    LocalFree(hTempImgData);

    GlobalUnlock(hImgData);

    return TRUE;

}

 

5．削波(cliping)

削波可以看作是對比度擴展的一個特例，我們用如下的圖說明削波的原理。

                                   

圖7. 削波的原理

不難看出，只要令對比度擴展中的a=c=0就實現了削波。我們只要給出范圍的兩個端點，斜率b就可以用方程b*(g2old-g1old)=255求出。

    下圖為圖1取g1old=150；g2old=200 進行削波的結果。把亮的區域（雕塑）提取了出來。

                          

圖8. 圖1削波處理后的結果

削波的程序和對比度擴展的程序很類似，就不再給出了。

 

6．閾值化(thresholding)

閾值化可以看作是削波的一個特例，我們用如下的圖說明閾值化的原理。

                                     

圖9. 閾值化的原理

不難看出，只要令削波中的g1old=g2old就實現了閾值化。閾值就象個門檻，比它大就是白，比它小就是黑。經過閾值化處理后的圖象變成了黑白二值圖，所以說閾值化是灰度圖轉二值圖的一種常用方法（我們以前介紹過圖案化和抖動的方法）。閾值化只需給出閾值點，即g1old即可。

下圖為圖1閾值取128，閾值化處理后的結果，得到了一幅黑白圖。

                      

圖10. 圖1閾值化處理后的結果

閾值化的程序和對比度擴展的程序很類似，就不再給出了。

 

7．灰度窗口變換(slicing) 

灰度窗口變換是將某一區間的灰度級和其它部分（背景）分開。我們用如下的圖說明灰度窗口變換的原理。其中[g1old,g2old]稱為灰度窗口。

                                          

圖11. 清除背景的灰度窗口變換的原理

                                          

圖12. 保留背景的灰度窗口變換的原理

灰度窗口變換有兩種，一種是清除背景的，一種是保留背景的。前者把不在灰度窗口范圍內的像素都賦值為0，在灰度窗口范圍內的像素都賦值為255，這也能實現灰度圖的二值化；后者是把不在灰度窗口范圍內的像素保留原灰度值，在灰度窗口范圍內的像素都賦值為255。

灰度窗口變換可以檢測出在某一灰度窗口范圍內的所有像素，是圖象灰度分析中的一個有力工具。下面有三幅圖，圖13為原圖，圖14是經過清除背景的灰度窗口變換處理后的圖（灰度窗口取[200-255]）,將夜景中大廈里的燈光提取了出來。圖15是經過保留背景的灰度窗口變換處理后的圖（灰度窗口取[200-255]），將夜景中大廈里的燈光提取了出來，同時保留了大廈的背景，可以看出它們的差別還是很明顯的。

    
圖13. 原圖        圖14. 圖13經過清除背景      圖15. 圖13經過保留背景的

的灰度窗口變換處理后的圖     灰度窗口變換處理后的圖

灰度窗口變換的程序和對比度擴展的程序很類似，就不再給出了。

我突然想起了不久前在一本科學雜志上看到的一篇文章，非常有趣，是介紹電影〈阿甘正傳〉特技制作的。其中有一項就用到了類似灰度窗口變換的思想。相信看過這部電影的讀者都會對那個斷腿的丹尼上校有深刻的印象。他的斷腿是怎么拍出來的呢？其實方法很簡單，先拍一幅沒有演員出現的背景畫面，然后拍一幅有演員出現，其它不變的畫面。要注意的是，此時演員的腿用藍布包裹。把前后兩幅圖輸入計算機進行處理。第二幅圖中凡是遇到藍色的像素，就用第一幅圖中對應位置的背景像素代替。這樣，一位斷腿的上校就逼真的出現在屏幕上了。這就是電影特技中經常用到的“藍幕”技術。

說點題外話，其實現代電影，特別是好萊塢的電影，越來越離不開計算機及圖象處理技術。最近引起轟動的大片<Titanic>中的很多特技鏡頭就是利用了龐大的SGI圖形工作站機群沒日沒夜的計算產生的。圖象處理技術和我們所喜愛的電影藝術緊密的結合了起來，這更增加了我們學習它的興趣。

 

8．灰度直方圖統計(histogram)

    有時我們需要知道一幅圖中的灰度分布情況，這時就可以采用灰度直方圖來表示，圖中的橫坐標表示灰度值，縱坐標表示該灰度值出現的次數（頻率）。圖16為圖13的灰度直方圖，可見，低灰度的像素占了絕大部分。

             

圖16. 圖13的灰度直方圖

 

下面的程序顯示一幅圖的灰度直方圖。有兩段程序，第一段統計出每個灰度的像素個數，存放在數組GrayTable[]中，然后產生一個新的窗口，把統計結果顯示出來。第二段程序就是該窗口的消息處理函數。要注意的是，由于各灰度出現的頻率可能相差很大，所以如何將結果顯示在有限的窗口范圍內，是一個必須考慮的問題。我們這里的做法是，在所有出現的灰度中，統計出一個最大值max和一個最小值min，假設能顯示的窗口最大坐標為270，最小坐標為5，按成比例顯示，這樣，灰度出現的次數和顯示坐標之間呈線形關系，設 a*grayhits+b=coordinate，其中grayhits為灰度出現的次數，coordinate為顯示坐標，a和b為兩個常數。我們將max和min代入，應該滿足a*max+b=270 ;  a*min+b=5

可以解得a=265/(max-min);    b=270.0-a* max 。

    還有一點，不要忘了在WinMain函數中注冊那個新產生窗口的窗口類。

int GrayTable[256];

int MaxGrayNum;

int MinGrayNum;

BOOL Histogram(HWND hWnd)

{

    DWORD               OffBits,BufSize;

    LPBITMAPINFOHEADER lpImgData;

    LPSTR                 lpPtr;

    int                    x,y;

    int                     grayindex;

    HWND                   hPopupWnd;

    int                     temp;

    //計數器清零

    for(grayindex=0;grayindex<256;grayindex++)

        GrayTable[grayindex]=0;

    //OffBits為到實際位圖數據的偏移值

    OffBits=bf.bfOffBits-sizeof(BITMAPFILEHEADER);

//BufSize為緩沖區的大小

    BufSize=bf.bfSize-sizeof(BITMAPFILEHEADER);

    lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData);

    for(y=0;y<bi.biHeight;y++){

        lpPtr=(char *)lpImgData+(BufSize-LineBytes-y*LineBytes);

        for(x=0;x<bi.biWidth;x++){

            grayindex=(unsigned char)*(lpPtr++);

            GrayTable[grayindex]++; //對應的顏色計數值加1