使用 Boost.GIL 将图像转换为“原始”字节

Question

目标

我正在尝试转向 Boost GIL，以替换我已实现的一些类似功能，这些功能已达到其可维护生命周期的终点。

我现有的代码可以使用uint8_t* 处理 24 BPP、8 位 RGB 图像。我无法改变这一点，因为相同的接口用于从不同的地方（例如 OpenGL 缓冲区）公开图像，并且已经有相当多的代码。

因此，我尝试以小步骤使用 GIL，首先读取文件并将像素逐字节复制到 std::vector<uint8_t> 中，我可以用它来管理存储，但仍然通过使用获得 uint8_t* &vector[0].

这可以透明地放在现有接口后面，直到重构有意义为止。

我尝试过的

我认为这应该是使用 copy_pixels() 和两个适当构造的视图的简单案例。

我整理了一个最小的、完整的示例，说明了我通过查看文档和尝试实现的目标的总和：

#include <boost/gil/rgb.hpp>
#include <boost/gil/extension/io/png_dynamic_io.hpp>
#include <stdint.h>
#include <vector>

int main() {
  std::vector<uint8_t> storage;
  {
    using namespace boost::gil;
    rgb8_image_t img;
    png_read_image("test.png", img);

    // what should replace 3 here to be more "generic"?
    storage.resize(img.width()*img.height()*3);

    // doesn't work, the type of the images aren't compatible.
    copy_pixels(const_view(img), 
                interleaved_view(img.width(), img.height(), &storage[0], 3*img.width()));
  }
}

我被困在哪里

这不会编译：

error: cannot convert ‘const boost::gil::pixel<unsigned char, boost::gil::layout<boost::mpl::vector3<boost::gil::red_t, boost::gil::green_t, boost::gil::blue_t> > >’ to ‘unsigned char’ in assignment

这是不言自明的 - RGB 像素无法自动转换为单个 unsigned char。我想我会尝试使用copy_and_convert_pixels() 来解决这个问题，但是我看不到 3:1 的解决方法（即，对于源图像中的每个像素，我在输出中有 3 个unsigned chars）问题转换。转换似乎更针对色彩空间转换（例如 RGB->HSV）或包装更改。

Answer 1

我会单独 push_back rgb8_pixel_t 的每种颜色：

struct PixelInserter{
        std::vector<uint8_t>* storage;
        PixelInserter(std::vector<uint8_t>* s) : storage(s) {}
        void operator()(boost::gil::rgb8_pixel_t p) const {
                storage->push_back(boost::gil::at_c<0>(p));
                storage->push_back(boost::gil::at_c<1>(p));
                storage->push_back(boost::gil::at_c<2>(p));
        }
};

int main() {
  std::vector<uint8_t> storage;
  {
    using namespace boost::gil;
    rgb8_image_t img;
    png_read_image("test.png", img);
    storage.reserve(img.width() * img.height() * num_channels<rgb8_image_t>());
    for_each_pixel(const_view(img), PixelInserter(&storage));
  }
...
}

...但我也不是 GIL 方面的专家。

Answer 2

我刚刚遇到了同样的问题；现在我已经为自己解决了这个问题，我现在可以想出答案，以供将来参考：

copy_pixels 方法很好。唯一的问题是目标类型。如果你碰巧知道 rgb8_pixel_t 在内存中被格式化为三个连续的 uint8_t，那么你需要做的就是这样：

boost::gil::rgba8_image_t image;
boost::gil::png_read_image(filePath, image);
auto view = boost::gil::view(image);
typedef decltype(view)::value_type pixel;
static_assert(sizeof(pixel) == 4, "the glTexImage2D call below assumes this");

pixel imageData[view.width() * view.height()];
boost::gil::copy_pixels(view, boost::gil::interleaved_view(view.width(), view.height(), imageData, view.width() * sizeof(pixel)));

gl->glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, image.width(), image.height(), 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_INT_8_8_8_8_REV, imageData);

这或多或少是从我的项目中复制的；我使用的是 32 位图像，但对于任何其他单一的硬编码图像类型，它应该可以正常工作。 （我还没有学会如何使用 GIL 中的“any_”东西，所以我无法评论动态确定的图像类型。）

在上面的代码中，我通过执行 static_assert 粗略地确认 rgba8_pixel_t 是 OpenGL 将看到的“INT_8_8_8_8”或其他内容。我认为从 GIL 文档中获取这些信息可能比猜测并尝试用断言确认它更好，但我似乎无法在那里找到明确的声明（我也是 GIL 的新手，所以也许我只是想念它）。但似乎相当清楚，这是 GIL 像素类型设计意图的一部分。例如，GIL 设计指南有一次说，“最常用的像素是同质像素，其值一起存储在内存中。” “一起在记忆中”似乎正是我正在寻找的。紧接着，指南谈到了“平面”像素类型，其中一个像素的颜色通道值不会一起存储在内存中。像他们一样小心翼翼地支持这种区别，然后实际上不费心使交错像素类型将其颜色值紧密地打包在内存中，这会很奇怪。

无论如何，我已经在我自己的项目中证明了这种方法至少适用于我正在使用的 Boost 版本 (1.57)，我声称如果未来的版本改变了这一点，那么我的 static_assert 几乎肯定会抓住它。

（另一种可能依赖的方法是实际继续并使用平面像素在您的 uint_8_t 数组和 for_each_pixel 为您提供的 rgb8_pixel_t 之间进行映射：

boost::gil::rgba8_image_t image;
boost::gil::png_read_image(filePath, image);
auto view = boost::gil::view(image);
uint8_t data[view.width() * view.height() * view.num_channels()];

using boost::gil::rgba8_pixel_t;
uint8_t* cursor = data;
boost::gil::for_each_pixel(view, std::function<void(rgba8_pixel_t)>(
        [&cursor](rgba8_pixel_t pixel)
        {
            boost::gil::rgba8_planar_ptr_t pixelInData(cursor++, cursor++, cursor++, cursor++);
            *pixelInData = pixel;

            // if data were an array of rgba8_pixel_t's, then we could just do this and be done with it:
            // *cursor++ = pixel;
            // (but in that case we might as well use copy_pixels!)
        }));

gl->glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, GL_RGBA, image.width(), image.height(), 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_INT_8_8_8_8_REV, data);

但这并不真正优于 at_c 策略。我猜这只是一个很好的例子。 *_planar_ptr_t 非常聪明！）

还要注意，在当今的 C++ 中，您不必创建单独的类型来捕获“for each”循环的主体；您可以使用匿名函数，如上所述。 （我将我的包装在 std::function 中，因为我猜 GIL 会对函数对象进行一些内部复制分配，或者类似的东西，如果传入一个裸匿名函数，编译器会发疯。我猜是 std::function在这里包装可能会降低效率；在我的情况下，这似乎并不重要。）

Answer 3

这是我曾经使用过的一些代码：

 unsigned char * buf = new unsigned char[w * h];

 boost::gil::gray8_view_t image =
          boost::gil::interleaved_view(w, h, (boost::gil::gray8_pixel_t*)buf, w);

 for (size_t i = 0; i < ...; ++i)
 {
   boost::gil::gray8_view_t::x_iterator it = image.row_begin(i);

   // use it[j] to access pixel[i][j]
 }

只针对灰度，不过想必彩色版也差不多。

Answer 4

我最终使用的实际代码的完整简化形式是：

#include <boost/gil/rgb.hpp>
#include <boost/gil/extension/io/png_dynamic_io.hpp>
#include <vector>
#include <string>
#include <cstdint>

struct dimension {
  int w,h;
};

namespace {
struct PixelInserter {
    std::vector<uint8_t>* storage;
    PixelInserter(std::vector<uint8_t>* s) : storage(s) {}
    void operator()(boost::gil::rgb8_pixel_t p) const {
        using boost::gil::at_c;
        storage->push_back(at_c<0>(p));
        storage->push_back(at_c<1>(p));
        storage->push_back(at_c<2>(p));
    }
};

// This could probably share code with the PixelInserter
struct PixelWriter {
    const uint8_t *pixels;
    PixelWriter(const uint8_t *pixels) : pixels(pixels) {}
    void operator()(boost::gil::rgb8_pixel_t& p) {
        using boost::gil::at_c;
        at_c<0>(p) = *pixels++;
        at_c<1>(p) = *pixels++;
        at_c<2>(p) = *pixels++;
    }
};
}

void savePNG(const std::string& filename, const uint8_t *pixels, const dimension& d) {
    boost::gil::rgb8_image_t img(d.w, d.h);
    for_each_pixel(view(img), PixelWriter(pixels));
    boost::gil::png_write_view(filename, view(img));
}

std::vector<uint8_t> readPNG(const std::string& fn, dimension& d) {
    boost::gil::rgb8_image_t image_type;
    image_type img;
    png_read_image(fn, img);
    d.w = img.width();
    d.h = img.height();

    std::vector<uint8_t> storage;
    storage.reserve(d.w*d.h*boost::gil::num_channels<image_type>());
    for_each_pixel(const_view(img), PixelInserter(&storage));
    return storage;
}

int main(int argc, char **argv) {
  dimension d;
  const std::vector<uint8_t> pixels = readPNG(argv[1], d);
  savePNG(argv[2], &pixels[0], d);
}

在包含任何 GIL 标头之前，我最初拥有以下内容：

#define png_infopp_NULL (png_infopp)NULL
#define int_p_NULL (int*)NULL

我不确定他们用我当时的 boost 版本解决了哪些问题，但 1.48 似乎不需要它们。