图像处理常用算法GPU实现一：图像二值化

来源：互联网发布：淘宝的优惠券怎么用啊编辑：程序博客网时间：2024/05/26 22:09

本系列文章将使用GPU实现图像处理中常用的算法，此处只给出代码，关于算法原理描述有很多资料，大家可以自行查找。不足之处请大家不吝赐教，共同提高。

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*  Author: rabbit729 
*  E-mail: wlq_729@163.com 
*  Date:   2012-09-20 
*  Description: 图像的二值化 
********************************/  
#include <d3dx9.h>  
  
//-----------------------------------------------------------------------------  
// Desc: 全局变量  
//-----------------------------------------------------------------------------  
LPDIRECT3D9             g_pD3D                 = NULL;  //Direct3D对象  
LPDIRECT3DDEVICE9       g_pd3dDevice           = NULL;  //Direct3D设备对象  
  
LPDIRECT3DTEXTURE9      g_pTextureScreen        = NULL; //待处理图片  
  
ID3DXEffect*            g_pEffect               = NULL;  //效果指针  
//常量句柄  
D3DXHANDLE              hTechScreen             = NULL;  //Effect句柄  
D3DXHANDLE              hTexScreen              = NULL;  //纹理句柄  
D3DXHANDLE              hViewPortWidthInv       = NULL;  //视口宽倒数句柄  
D3DXHANDLE              hViewPortHeightInv      = NULL;  //视口高倒数句柄  
  
LPDIRECT3DVERTEXBUFFER9 g_pScreenSpaceQuad      = NULL;  //背板VB  
  
const int WIDTH  = 465;  
const int HEIGHT = 669;  
  
#define D3DFVF_CUSTOMVERTEX (D3DFVF_XYZ | D3DFVF_TEX1)  
  
struct Vertex  
{  
    Vertex(){}  
    Vertex(float x, float y, float z, float w)  
    {  
        _x = x;   _y = y;   _z = z; _w = w;  
    }  
  
    float _x, _y, _z, _w;  
  
    static const DWORD FVF;  
};  
const DWORD Vertex::FVF = D3DFVF_XYZW;  
  
  
//-----------------------------------------------------------------------------  
// Desc: 设置世界矩阵  
//-----------------------------------------------------------------------------  
VOID SetWorldMatrix()  
{  
    //创建并设置世界矩阵  
    D3DXMATRIXA16 matWorld, matRotateX, matRotateY;  
    D3DXMATRIXA16 matScale;  
    D3DXMatrixIdentity(&matScale);  
    matScale._11 = matScale._22 = matScale._33 = 0.5f;  
  
    D3DXMatrixIdentity(&matWorld);  
    D3DXMatrixIdentity(&matRotateX);  
    D3DXMatrixIdentity(&matRotateY);  
    D3DXMatrixRotationX( &matRotateX, D3DX_PI / 3.0 );  
    D3DXMatrixRotationY( &matRotateY, -D3DX_PI / 8.0 );  
    D3DXMatrixMultiply(&matWorld, &matRotateX, &matRotateY);  
  
    D3DXMatrixMultiply(&matWorld, &matScale, &matWorld);  
    g_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_WORLD, &matWorld );  
}  
  
  
//-----------------------------------------------------------------------------  
// Desc: 设置观察矩阵和投影矩阵  
//-----------------------------------------------------------------------------  
VOID SetViewAndProjMatrix()  
{  
    //创建并设置观察矩阵  
    D3DXVECTOR3 vEyePt( 0.0f, 0.0f,-250.0f );  
    D3DXVECTOR3 vLookatPt( 0.0f, 0.0f, 0.0f );  
    D3DXVECTOR3 vUpVec( 0.0f, 1.0f, 0.0f );  
    D3DXMATRIXA16 matView;  
    D3DXMatrixLookAtLH( &matView, &vEyePt, &vLookatPt, &vUpVec );  
    g_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_VIEW, &matView );  
  
    //创建并设置投影矩阵  
    D3DXMATRIXA16 matProj;  
    D3DXMatrixPerspectiveFovLH( &matProj, D3DX_PI/4, 1.0f, 1.0f, 1000.0f );  
    g_pd3dDevice->SetTransform( D3DTS_PROJECTION, &matProj );  
}  
  
  
//-----------------------------------------------------------------------------  
// Desc: 初始化Direct3D  
//-----------------------------------------------------------------------------  
HRESULT InitD3D( HWND hWnd )  
{  
    //创建Direct3D对象, 该对象用于创建Direct3D设备对象  
    if( NULL == ( g_pD3D = Direct3DCreate9( D3D_SDK_VERSION ) ) )  
        return E_FAIL;  
  
    //设置D3DPRESENT_PARAMETERS结构, 准备创建Direct3D设备对象  
    D3DPRESENT_PARAMETERS d3dpp;   
    ZeroMemory( &d3dpp, sizeof(d3dpp) );  
    d3dpp.Windowed = TRUE;  
    d3dpp.SwapEffect = D3DSWAPEFFECT_DISCARD;  
    d3dpp.BackBufferFormat = D3DFMT_A8R8G8B8;  
  
    //创建Direct3D设备对象  
    if( FAILED( g_pD3D->CreateDevice( D3DADAPTER_DEFAULT, D3DDEVTYPE_HAL, hWnd,  
        D3DCREATE_SOFTWARE_VERTEXPROCESSING,  
        &d3dpp, &g_pd3dDevice ) ) )  
    {  
        return E_FAIL;  
    }  
  
    //创建Effect  
    ID3DXBuffer* errBuffer = NULL;  
    if (FAILED(D3DXCreateEffectFromFile(g_pd3dDevice, L"erzhihua.fx", NULL, NULL, D3DXSHADER_DEBUG | D3DXSHADER_SKIPOPTIMIZATION, NULL, &g_pEffect, &errBuffer)))  
    {  
        if (errBuffer)  
        {  
            MessageBox(0, (LPCTSTR)errBuffer->GetBufferPointer(), 0, 0);  
            errBuffer->Release();  
        }  
        return E_FAIL;  
    }  
  
    //获取常量句柄  
    hTechScreen         = g_pEffect->GetTechniqueByName("Screen");  
    hTexScreen          = g_pEffect->GetParameterByName(0, "TexScreen");  
    hViewPortWidthInv   = g_pEffect->GetParameterByName(0, "viewport_inv_width");  
    hViewPortHeightInv  = g_pEffect->GetParameterByName(0, "viewport_inv_height");  
  
    //设置环境光  
    g_pd3dDevice->SetRenderState( D3DRS_AMBIENT, 0xffffffff );  
  
    //设置观察矩阵和投影矩阵  
    SetViewAndProjMatrix();  
  
    return S_OK;  
}  
  
//-----------------------------------------------------------------------------  
// Desc: 创建场景图形  
//-----------------------------------------------------------------------------  
HRESULT InitGeometry()  
{  
    // 创建屏幕板  
    g_pd3dDevice->CreateVertexBuffer(  
        6 * sizeof(Vertex),  
        D3DUSAGE_WRITEONLY,  
        Vertex::FVF,   
        D3DPOOL_MANAGED,  
        &g_pScreenSpaceQuad,  
        0);  
  
    Vertex* vertices;  
    g_pScreenSpaceQuad->Lock(0, 0, (void**)&vertices, 0);  
  
    vertices[0] = Vertex(-1.0f, 1.0f, 0.5f, 1.0f);  
    vertices[1] = Vertex(1.0f,  1.0f, 0.5f, 1.0f);  
    vertices[2] = Vertex( 1.0f, -1.0f, 0.5f, 1.0f);  
    vertices[3] = Vertex(-1.0f, 1.0f, 0.5f, 1.0f);  
    vertices[4] = Vertex( 1.0f, -1.0f, 0.5f, 1.0f);  
    vertices[5] = Vertex( -1.0f, -1.0f, 0.5f, 1.0f);  
  
    g_pScreenSpaceQuad->Unlock();  
  
    //加载纹理  
    HRESULT hr = D3DXCreateTextureFromFile(g_pd3dDevice, L"meinv.jpg", &g_pTextureScreen);  
    if (FAILED(hr))  
    {  
        return E_FAIL;  
    }   
  
    return S_OK;  
}  
  
  
//-----------------------------------------------------------------------------  
// Desc: 释放创建的对象  
//-----------------------------------------------------------------------------  
VOID Cleanup()  
{  
    if (g_pScreenSpaceQuad != NULL)  
    {  
        g_pScreenSpaceQuad->Release();  
    }  
  
    if (g_pTextureScreen != NULL)  
    {  
        g_pTextureScreen->Release();  
    }  
  
    if (g_pEffect != NULL)  
    {  
        g_pEffect->Release();  
    }  
  
    //释放Direct3D设备对象  
    if( g_pd3dDevice != NULL )  
        g_pd3dDevice->Release();  
  
    //释放Direct3D对象  
    if( g_pD3D != NULL )  
        g_pD3D->Release();  
}  
  
VOID RenderScreen()  
{  
    //将RenderTarget作为纹理  
    g_pEffect->SetTexture(hTexScreen, g_pTextureScreen);  
  
    float fWidthInv = 1.0f / WIDTH;  
    float fHeightInv = 1.0f / HEIGHT;  
    g_pEffect->SetFloat(hViewPortWidthInv, fWidthInv);  
    g_pEffect->SetFloat(hViewPortHeightInv, fHeightInv);  
  
    g_pd3dDevice->SetStreamSource(0, g_pScreenSpaceQuad, 0, sizeof(Vertex));  
    g_pd3dDevice->SetFVF(Vertex::FVF);  
  
    // 设置要使用的Technique  
    g_pEffect->SetTechnique(hTechScreen);  
  
    UINT numPasses = 0;  
    g_pEffect->Begin(&numPasses, 0);  
  
    for (int i = 0; i < numPasses; i++)  
    {  
        g_pEffect->BeginPass(i);  
  
        g_pd3dDevice->DrawPrimitive(D3DPT_TRIANGLELIST, 0, 2);  
  
        g_pEffect->EndPass();  
    }  
    g_pEffect->End();  
}  
  
//-----------------------------------------------------------------------------  
// Desc: 渲染场景  
//-----------------------------------------------------------------------------  
VOID Render()  
{      
    // 获取backbuffer  
    LPDIRECT3DSURFACE9 pBackbuffer;  
    g_pd3dDevice->GetRenderTarget(0, &pBackbuffer);  
  
    //开始渲染场景  
    if( SUCCEEDED( g_pd3dDevice->BeginScene() ) )  
    {  
        //设回backbuffer  
        g_pd3dDevice->SetRenderTarget(0, pBackbuffer);  
        RenderScreen();  
  
        //场景渲染结束  
        g_pd3dDevice->EndScene();  
    }  
  
    //在屏幕上显示场景  
    g_pd3dDevice->Present( NULL, NULL, NULL, NULL );  
}  
  
  
//-----------------------------------------------------------------------------  
// Desc: 窗口过程, 处理消息  
//-----------------------------------------------------------------------------  
LRESULT WINAPI MsgProc( HWND hWnd, UINT msg, WPARAM wParam, LPARAM lParam )  
{  
    switch( msg )  
    {  
    case WM_DESTROY:  
        Cleanup();  
        PostQuitMessage( 0 );  
        return 0;  
    }  
  
    return DefWindowProc( hWnd, msg, wParam, lParam );  
}  
  
  
//-----------------------------------------------------------------------------  
// Desc: 入口函数  
//-----------------------------------------------------------------------------  
INT WINAPI WinMain( HINSTANCE hInst, HINSTANCE, LPSTR, INT )  
{  
    //注册窗口类  
    WNDCLASSEX wc = { sizeof(WNDCLASSEX), CS_CLASSDC, MsgProc, 0L, 0L,   
        GetModuleHandle(NULL), NULL, NULL, NULL, NULL,  
        L"ClassName", NULL };  
    RegisterClassEx( &wc );  
  
    //创建窗口  
    HWND hWnd = CreateWindow( L"ClassName", L"图像二值化",   
        WS_OVERLAPPEDWINDOW, 200, 100, WIDTH, HEIGHT,  
        GetDesktopWindow(), NULL, wc.hInstance, NULL );  
  
    //初始化Direct3D  
    if( SUCCEEDED( InitD3D( hWnd ) ) )  
    {   
        //创建场景图形  
        if( SUCCEEDED( InitGeometry() ) )  
        {  
            //显示窗口  
            ShowWindow( hWnd, SW_SHOWDEFAULT );  
            UpdateWindow( hWnd );  
  
            //进入消息循环  
            MSG msg;   
            ZeroMemory( &msg, sizeof(msg) );  
            while( msg.message!=WM_QUIT )  
            {  
                if( PeekMessage( &msg, NULL, 0, 0, PM_REMOVE ) )  
                {  
                    TranslateMessage( &msg );  
                    DispatchMessage( &msg );  
                }  
                else  
                {  
                    Render();  //渲染场景  
                }  
            }  
        }  
    }  
  
    UnregisterClass( L"ClassName", wc.hInstance );  
    return 0;  
}  

Effect代码如下：

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*  Author: rabbit729 
*  E-mail: wlq_729@163.com 
*  Date:   2011-09-20 
********************************/  
  
//------------------------------  
//  顶点着色器  
//------------------------------  
  
float viewport_inv_width;  
float viewport_inv_height;  
struct VS_OUTPUTSCREEN {  
   float4 Pos: POSITION;  
   float2 texCoord: TEXCOORD0;  
};  
  
VS_OUTPUTSCREEN vs_mainPassScreen(float4 Pos: POSITION){  
   VS_OUTPUTSCREEN Out;  
  
   Out.Pos = float4(Pos.xy, 0, 1);  
  
   Out.texCoord.x = 0.5 * (1 + Pos.x - viewport_inv_width);  
   Out.texCoord.y = 0.5 * (1 - Pos.y - viewport_inv_height);  
  
   return Out;  
}  
  
//------------------------------  
//  像素着色器  
//------------------------------  
Texture2D TexScreen;  
  
sampler2D TexMapScreen {  
    Texture = <TexScreen>;  
};  
  
float4 ps_mainPassScreen(float2 texCoord: TEXCOORD0) : COLOR   
{  
   float4 col = tex2D(TexMapScreen,  texCoord);  
   float Intensity;  
  
   // 灰度化  
   // I = 0.299*R + 0.587*G + 0.184*B  
   Intensity = 0.299*col.r + 0.587*col.g + 0.184*col.r;  
     
   // 阈值为0.5,关于怎么选取阈值有好多方法，大家可以自行查阅  
   if(Intensity > 0.5)  
      Intensity = 0.5f;  
   else  
      Intensity = 0.1f;  
  
   return float4(Intensity.xxx,col.a);  
}  
  
technique Screen  
{  
   pass P0  
   {  
      VertexShader = compile vs_3_0 vs_mainPassScreen();  
      PixelShader  = compile ps_3_0 ps_mainPassScreen();  
   }  
}  

结果：

原始图片：

二值化后结果：

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