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*/
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 画像処理関数の定義部
// コンパイル方法の例：gcc -O3 -Wall -W -m486 -o labeling labeling.c
/** bmp ファイルを表示するプログラムの雛形
使い方：
１、labeling BMP_file_name_in [BMP_file_name_out]
コマンドラインにBMPファイル名を指定して起動する。
起動時に、出力ファイル名が省略された場合は、
画像処理関数名に bmp の拡張子を付けた名前で保存される
*/
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h> // for void *memset(void *DST, int C, size_t LENGTH);
#pragma pack(push,1)
typedef struct PIXEL { unsigned char B, G, R, A; } PIXEL ;
#pragma pack(pop)
extern void **alloc2D( void *, int, int, int );
extern void **alloc2Darray( int, int, int );
extern int saveRawLabelConf( char *, int, int );
extern int saveRawLabelData( char *, void *, int, int );
extern unsigned int int2PseudoColor(unsigned int);
#define FINALFNAMEIS(foname) #foname
#define EXTRACTING(foname) FINALFNAMEIS(foname.bmp)
#define FNAMEIS(foname) EXTRACTING(foname)
#define CFGFINALFNAMEIS(fname) #fname // labeling.cfg -> "labeling.cfg"
#define CFGEXTRACTING(fname) CFGFINALFNAMEIS(fname.cfg) // labeling -> labeling.cfg
#define CFGNAMEIS(fname) CFGEXTRACTING(fname) // IMAGEPROCESSING -> labeling
#define LBLFINALFNAMEIS(fname) #fname // labeling.lbl -> "labeling.lbl"
#define LBLEXTRACTING(fname) LBLFINALFNAMEIS(fname.lbl) // labeling -> labeling.lbl
#define LBLNAMEIS(fname) LBLEXTRACTING(fname) // IMAGEPROCESSING -> labeling
#define IFNAMEDEFAULT "source.bmp"
inline void displacement( int *lbl, int a, int b, int len )
{/** 同一のラベル番号を持つべき領域が異なるラベル番号を持つているので、小さい値に統一する */
register int *l=lbl, fair=a<b?a:b, misguided=a<b?b:a, i, s=len ;
for( i=0; i<=s; i++ ) if( l[i]==misguided ) l[i]=fair ;
}
#define IMAGEPROCESSING labeling // 利用手順 その１：関数名を定義する
int IMAGEPROCESSING( PIXEL *src, PIXEL *dst, int wlx, int wly )
{ /** 利用手順 その２：ここに画像処理用の関数を作成する。他の部分は変更せず流用
読み込んだ2値画像の連結性解析（ラベリング）を行い、結果と擬似カラー画像のの作成。
読み込んだ画像は、０を背景、０以外の値（数値自体は無視）は対象物と認識する
（カラー画像を入力しても、0とそれ以外の2値画像として処理する事に注意する事） */
#define ucr unsigned char
register int x, y, lx=wlx, ly=wly, i, l=lx*ly, label=1, st=1 ;
register int *s=(int *)src, *d=(int *)dst, llx=lx+2, lly=ly+2, llxy=llx*lly ;
register ucr *img=(ucr *)malloc(llx*lly*sizeof(ucr)) ; // 作業用画像領域の確保 （(wlx+2)*(wly+2)）画素分 処理フローの簡略化用
register int *wk =(int *)malloc(llx*lly*sizeof(int)) ; // ラベルデータ用領域の確保 （(wlx+2)*(wly+2)）画素分 作業用画像領域対応
register ucr **sa=(ucr **)alloc2D(img, sizeof(ucr), llx, lly) ; // 作業用画像領域を配列としてアクセス可能にする処理
register int **da=(int **)alloc2D( wk, sizeof(int), llx, lly) ; // ラベルデータ用領域を配列としてアクセス可能にする処理
if( (s==NULL) || (d==NULL) || (lx<1) || (ly<1) || (img==NULL) || (wk==NULL) || (sa==NULL) || (da==NULL) ) goto GOOD_BY ;
memset( img, 0, llxy*sizeof(ucr) ) ; // 画像データエリアの初期化 本来の画素数（wlx*wly）より左右上下に1画素大きな領域
memset( wk, 0, llxy*sizeof(int) ) ; // labeling エリアの初期化 作業用領域の画素数（大きさ）は、（(wlx+2)*(wly+2)）
for( y=1, i=0; y<=ly; y++ ) for( x=1; x<=lx; sa[y][x]=s[i++]==0?0:255, x++ ) ; // 画像を2値化し、作業用領域（(wlx+2)*(wly+2)）に格納
for( y=1; y<=ly; y++ ) {// 作業用領域中の2値画像を対象としたラベリング処理を行い結果を作業用のラベリングデータ領域に格納
for( x=1; x<=lx; x++ ) {// 8連結の記述のある行（4箇所）をコメントアウトすれば、4連結のラベリング処理
if( sa[y][x]!=0 ) { // 対象物を構成する画素が見つかった
if(sa[y][x-1]!=0){ da[y][x] = da[ y ][x-1] ; // 4連結の連結性解析部
if(da[y-1][ x ]!=0 && da[y][x]!=da[y-1][ x ]) displacement((int *)wk, da[y][x], da[y-1][ x ], llx*y+x) ; // 4連結でのコンフリクト処理
if(da[y-1][x+1]!=0 && da[y][x]!=da[y-1][x+1]) displacement((int *)wk, da[y][x], da[y-1][x+1], llx*y+x) ; // 8連結でのコンフリクト処理
} else if(sa[y-1][x]!=0){ da[y][x] = da[y-1][ x ] ; // 4連結の連結性解析部
} else if(sa[y-1][x-1]!=0){ da[y][x] = da[y-1][x-1] ; // 8連結の連結性解析部
if(da[y-1][x+1]!=0 && da[y][x]!=da[y-1][x+1]) displacement((int *)wk, da[y][x], da[y-1][x+1], llx*y+x) ; // 8連結でのコンフリクト処理
} else if(sa[y-1][x+1]!=0){ da[y][x] = da[y-1][x+1] ; // 8連結の連結性解析部
} else da[y][x] = label++ ; // 新規ラベル番号の割り当て（処理済みのデータとは連結性を持たない）
}
}
}
for( y=1, i=0; y<=ly; y++ ) for( x=1; x<=lx; d[i++]=da[y][x++] ) ; // 本来のバッファーにデータを格納（wlx*wly）
memset( wk, 0, label*sizeof(int) ) ; // for( i=0; i<label; wk[i++]=0 ) ; と同じ処理結果
for( i=0; i<l; wk[d[i++]]=1 ) ; // 使用されて有効なラベル番号の抽出
for( i=1, x=1, wk[0]=0; i<label; i++ ) if( wk[i]!=0 ) wk[i] = x++ ; // 再番処理用のルックアップテーブルの作成
for( i=0; i<l; d[i]=wk[d[i]], i++ ) ; // 虫食い状態のラベル番号を、連続したラベル番号に変換
saveRawLabelConf( CFGNAMEIS(IMAGEPROCESSING), lx, ly ) ; // ラベルデータのサイズ情報を保存します。
saveRawLabelData( LBLNAMEIS(IMAGEPROCESSING), d, lx, ly ) ; // ラベルデータ(dst)を保存します。
for( i=0; i<l; i++ ) d[i]=int2PseudoColor(d[i]) ; // labelエリアのラベル番号を擬似カラー画像データに変換
st = 0 ;
GOOD_BY: free(da) ; free(sa) ; free(wk) ; free(img) ;
return st ;
} // 利用手順 その３：プログラムを保存し、コンパイル後、処理画像を指定して起動
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 以下は共通ルーチン、画像処理部分はここより上に記載可能
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 画像データ(カラーBMPファイル)のアクセスや保存処理を定義した共通部
// windowsの 24,23ビット無圧縮形式BMPファイル対応版
// windows形式のBMPファイルのみ （OS2形式はサポート対象外）
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#pragma pack(push,2)
typedef struct HEADER { // BMP => bfType==0x4D42 (0x42,0x4D) little endian
unsigned short bfType; // identification 0x42='B', 0x4D='M'
unsigned int bfSize; // ??
unsigned short bfReserved1; // 0
unsigned short bfReserved2; // 0
unsigned int bfOffBits; // 54 sizeof(HEADER)
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
unsigned int biSize; // 40 sizeof(biSize ～ biClrImportant)
signed int biWidth; // lx
signed int biHeight; // ly
unsigned short biPlanes; // 1
unsigned short biBitCount; // 32
unsigned int biCompression; // 0
unsigned int biSizeImage; // ??
signed int biXPelsPerMeter; // 0
signed int biYPelsPerMeter; // 0
unsigned int biClrUsed; // 0
unsigned int biClrImportant; // 0
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
unsigned char lut[];
} HEADER ;
#pragma pack(pop)
#pragma pack(push,2)
typedef struct HEADERBW { // BMP => bfType==0x4D42 (0x42,0x4D) little endian
unsigned short bfType; // identification 0x42='B', 0x4D='M'
unsigned int bfSize; // ??
unsigned short bfReserved1; // 0
unsigned short bfReserved2; // 0
unsigned int bfOffBits; // 62 sizeof(HEADERBW) 54 + 8
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
unsigned int biSize; // 40 sizeof(biSize ～ biClrImportant)
signed int biWidth; // lx
signed int biHeight; // ly
unsigned short biPlanes; // 1
unsigned short biBitCount; // 1
unsigned int biCompression; // 0
unsigned int biSizeImage; // ??
signed int biXPelsPerMeter; // 0 or 50 ...
signed int biYPelsPerMeter; // 0 or 50 ...
unsigned int biClrUsed; // 2
unsigned int biClrImportant; // 2
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
PIXEL lut[2]; // color for 0 and 1
} HEADERBW ;
#pragma pack(pop)
#define BMPID 0x4D42
#define BMPIFHSIZE 40
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
int saveRawLabelConf( char *fname, int lx, int ly )
{/** ラベルデータの大きさを記録。BMPファイルのヘッダー形式の流用
このヘッダーと、ラベルデータをバイナリーデータとして結合させると
見かけ上は、BMPファイルと同じにフォーマットになる。 簡易的データの確認方法
copy /B labeling.cfg + labeling.lbl labeling.bmp */
HEADER h = {BMPID, lx*abs(ly)*sizeof(PIXEL)+sizeof(HEADER), 0, 0, sizeof(HEADER),
BMPIFHSIZE, lx, ly, 1, 32, 0, lx*abs(ly)*sizeof(PIXEL), 0, 0, 0, 0} ;
register FILE *fp ;
if( (fp=fopen(fname, "wb")) == NULL ) {
return -1;
} else if ( fwrite( &h, sizeof(HEADER), 1, fp ) != 1 ) {
fclose(fp) ; return -1;
} else fclose(fp) ;
return 0;
}
int saveRawLabelData( char *fname, void *b, int lx, int ly )
{/** ラベルデータを１ラベルを４バイトの符号付整数として保存する。
座標情報は、擬似カラーBMP（３２ビット形式）を参照する事。*/
register FILE *fp ;
if( (fp=fopen(fname, "wb")) == NULL ) {
return -1;
} else if ( fwrite( b, lx*ly*sizeof(int), 1, fp ) != 1 ) {
fclose(fp) ; return -1;
} else fclose(fp) ;
return 0;
}
unsigned int int2PseudoColor(unsigned int v)
{/** ラベルデータを、擬似カラーデータに変換します。 この変換は可逆変換なので、
擬似カラーデータから、元のラベルデータを逆算して求める事が出来ます。 */
register unsigned int r=0, g=0, b=0 ;
if( (v&0x00ffffff) == 0 ) return 0 ;
if( v & 0x000001 ) b |= 0x80 ;
if( v & 0x000002 ) g |= 0x80 ;
if( v & 0x000004 ) r |= 0x80 ;
if( v & 0x000008 ) b |= 0x40 ;
if( v & 0x000010 ) g |= 0x40 ;
if( v & 0x000020 ) r |= 0x40 ;
if( v & 0x000040 ) b |= 0x20 ;
if( v & 0x000080 ) g |= 0x20 ;
if( v & 0x000100 ) r |= 0x20 ;
if( v & 0x000200 ) b |= 0x10 ;
if( v & 0x000400 ) g |= 0x10 ;
if( v & 0x000800 ) r |= 0x10 ;
if( v & 0x001000 ) b |= 0x08 ;
if( v & 0x002000 ) g |= 0x08 ;
if( v & 0x004000 ) r |= 0x08 ;
if( v & 0x008000 ) b |= 0x04 ;
if( v & 0x010000 ) g |= 0x04 ;
if( v & 0x020000 ) r |= 0x04 ;
if( v & 0x040000 ) b |= 0x02 ;
if( v & 0x080000 ) g |= 0x02 ;
if( v & 0x100000 ) r |= 0x02 ;
if( v & 0x200000 ) b |= 0x01 ;
if( v & 0x400000 ) g |= 0x01 ;
if( v & 0x800000 ) r |= 0x01 ;
return (r <<16) | (g << 8) | b ;
}
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
void **alloc2D( void *data, int s, int lx, int ly )
{// データ（lx*ly個）の１次元配列を、array[y][x] 形式で参照できるようにする
void **d, *base=data ;
long i;
if( (data==NULL) || (s<1) || (lx<1) || (ly<1) ) return NULL ;
if( (d=(void **)malloc(ly*sizeof(void *))) == NULL ) return NULL ;
for( i=0; i<ly; i++ ) d[i] = (void *)((unsigned char *)base + lx*s*i) ;
return d ;
}
#define calloc2Darray alloc2Darray
void **alloc2Darray( int s, int lx, int ly )
{// array[y][x] 形式で参照できる、横：lx、縦：ly の配列を動的に確保する
void **d, *base ;
long i ;
if( (s<1) || (lx<1) || (ly<1) ) return NULL ;
if( (d=(void **)calloc(1,ly*sizeof(void *)+(lx*ly*s))) == NULL ) return NULL ;
base = (unsigned char *)d + ly*sizeof(void *) ;
for( i=0; i<ly; i++ ) d[i] = (void *)((unsigned char *)base + lx*s*i) ;
return d ;
}
int saveDataAsBMP32( char *fname, void *b, int lx, int ly )
{// 処理結果を 32ビット形式の BMPファイルとして書き出す。
HEADER h = {BMPID, lx*abs(ly)*sizeof(PIXEL)+sizeof(HEADER), 0, 0, sizeof(HEADER),
BMPIFHSIZE, lx, ly, 1, 32, 0, lx*abs(ly)*sizeof(PIXEL), 0, 0, 0, 0} ;
FILE *fp ;
if( (fp=fopen(fname, "wb")) == NULL ) {
fprintf( stderr, "File '%s' cannot create.\n", fname );
return -1;
} else if ( fwrite( &h, sizeof(HEADER), 1, fp ) != 1 ) {
fclose(fp) ; return -1;
} else if ( fwrite( b, h.biSizeImage, 1, fp ) != 1 ) {
fclose(fp) ; return -1;
} else fclose(fp) ;
return 0;
}
int bmp2pixel( void *bmp, void *pix )
{// メモリー上の BMP ファイルを、PIXEL 形式のデータに変換する
static char f[8] = { 0x80, 0x40, 0x20, 0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x01 };
HEADER *h=(HEADER *)bmp;
PIXEL *d=(PIXEL*)pix, *lut=(PIXEL*)h->lut;
int x, y, i, top=((h->bfOffBits)-sizeof(HEADER))/sizeof(PIXEL);
int sign, lx=h->biWidth, ly=abs((sign=h->biHeight));
int BitCount=h->biBitCount, byteParLine=(lx*(BitCount/8)+3)&(~3);
int byteParLineBW = (((lx+7)/8)+3)&(~3);
unsigned char *src=(unsigned char*)bmp + h->bfOffBits;
unsigned char *dst=(unsigned char*)pix, *here;
if( BitCount == 32 ) {
for( y=0; y<ly; y++ ) {
here = src + byteParLine * ( sign>0 ? y :ly-1 -y );
for( x=0; x<lx; x++ ) {
*dst++ = *here++ ; // B
*dst++ = *here++ ; // G
*dst++ = *here++ ; // R
*dst++ = *here++ ; // A
}
}
} else if( BitCount == 24 ) {
for( y=0; y<ly; y++ ) {
here = src + byteParLine * ( sign>0 ? y :ly-1 -y );
for( x=0; x<lx; x++ ) {
*dst++ = *here++ ; // B
*dst++ = *here++ ; // G
*dst++ = *here++ ; // R
*dst++ = 0 ;
}
}
} else if( BitCount == 8 ) {
int *u=(int*)pix, *t=(int*)h->lut;
for( y=0, i=0; y<ly; y++ ) {
here = src + byteParLine * ( sign>0 ? y :ly-1 -y );
for( x=0; x<lx; x++ ) u[i++] = here[x]<top ? t[here[x]] : 0;
}
} else if( BitCount == 1 ) {
#define getBW(t,x) (((t)&(f[0x7&(x)]))?1:0)
for( y=0, i=0; y<ly; y++ ) {
here = src + byteParLineBW * ( sign>0 ? y :ly-1 -y );
for( x=0; x<lx; x++ ) d[i++] = lut[getBW(here[x>>3],x)];
}
} else return 1;
return 0;
}
int Check_bmpfile( void *s, unsigned long length )
{// メモリー上のデータが、処理可能な BMP ファイル形式であるかをチェックする
if( s==NULL || length<=sizeof(HEADER) ) return 1; // return 1;
HEADER h=*(HEADER *)s;
unsigned long isize=h.biSizeImage, fsize=isize+h.bfOffBits;
unsigned long psize=h.biWidth*abs(h.biHeight)*(h.biBitCount/8);
if( h.bfType!=BMPID || h.bfReserved1!=0 || h.bfReserved2!=0 ) return 2;
else if( h.biPlanes!=1 || h.biCompression!=0 ) return 3;
else if( h.biSizeImage!=0 && (length<fsize || isize<psize) ) return 4;
else if( h.biBitCount==32 && h.bfOffBits!=sizeof(HEADER) ) return 5;
else if( h.biBitCount==24 && h.bfOffBits!=sizeof(HEADER) ) return 6;
else if( h.biBitCount== 8 && (h.bfOffBits-sizeof(HEADER))%sizeof(PIXEL) ) {
fprintf( stderr,"Unexpected lut size. %d, %d\n", h.bfOffBits,
(int)((h.bfOffBits-sizeof(HEADER))/sizeof(PIXEL)) ); return 7;
} else if(h.biBitCount==1 && (h.bfOffBits-sizeof(HEADER))!=2*sizeof(PIXEL)){
fprintf( stderr,"Unexpected, requirement is 2, lut size. %d, %d\n",
h.bfOffBits, (int)((h.bfOffBits-sizeof(HEADER))/sizeof(PIXEL)) );
return 8;
}
return 0;
}
int file2memory( char *fname, char **image, long *size )
{// ディスク上のファイルを、メモリーに一括で読み込む
struct stat fileInfo ;
FILE *fp ;
char *raw ;
*image=NULL; *size=0;
if ( (fp=fopen(fname,"rb")) == NULL ) {
fprintf( stderr, "'%s' open error.\n", fname ); return 11;
} else if ( fstat(fileno(fp), &fileInfo) != 0 ) {
fprintf( stderr, "'%s' stat error.\n", fname ); fclose(fp); return 12;
} else if( fileInfo.st_size <= (int)sizeof(HEADER) ) {
fprintf( stderr, "'%s' file size erro. too small(%d Byte)\n",
fname, (int)fileInfo.st_size ); fclose(fp); return 13;
} else if( (raw=(char *)malloc(fileInfo.st_size)) == NULL ) {
fprintf( stderr, "Couldn't allocate memory.\n" ) ; fclose(fp);return 14;
} else if ( fread(raw, fileInfo.st_size, 1, fp) != 1 ) {
fprintf( stderr, "'%s' read error.\n", fname ); fclose(fp); return 15;
} else fclose(fp) ;
*image= raw;
*size = fileInfo.st_size;
return 0;
}
void argumentAnalysis(int argc, char *argv[], char **iname, char **oname)
{ int i; // プログラム起動時の引数解析処理
for( i=1; i<argc; i++ ) {
if( argv[i][0]=='-' ) goto GOOD_BY;
else if( *iname==NULL ) *iname = argv[i];
else if( *oname==NULL ) *oname = argv[i];
else goto GOOD_BY;
}
return;
GOOD_BY:;
char *p=argv[0], *op="";
for( i=strlen(p); i>0 && p[i]!='\\' && p[i]!='/'; i-- ); if(i) p++;
fprintf( stderr, "\nusage: %s %s [input_bmp [output_bmp]]\n\n", p, op );
exit(1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{// 引数解析後データを読み込み、画像処理ルーチンを呼び出す。正常終了時,BMPを作成
long st=1, filesize=0;
char *raw=NULL, *ifname=NULL, *ofname=NULL;
PIXEL *source=NULL, *destination=NULL ;
argumentAnalysis( argc, argv, &ifname, &ofname ); // 引数解析
if( ifname==NULL ) ifname = IFNAMEDEFAULT; // 入力ファイル名の設定
if( ofname==NULL ) ofname = FNAMEIS(IMAGEPROCESSING);// 出力ファイル名の設定
// 画像データの読み込み（ディスクからメモリーへ）
if( (st=file2memory( ifname, &raw, &filesize ))!=0 ) goto GOOD_BY;
// 画像データの確認：（画像データの確認と、作業用環境の構築）
if( (st=Check_bmpfile( raw, filesize )) ) goto GOOD_BY;
HEADER *h=(HEADER *)raw;
int lx=h->biWidth, ly=abs(h->biHeight), size=lx*ly*sizeof(PIXEL);
// 作業用環境の構築：（画像データの確認と、作業用環境の構築）
if( (destination=(PIXEL*)malloc(size)) == NULL ) {
fprintf(stderr, "Couldn't allocate memory. destination\n");goto GOOD_BY;
} else if( (source=(PIXEL*)malloc(size)) == NULL ) {
fprintf(stderr, "Couldn't allocate memory. source\n"); goto GOOD_BY;
} //読み込んだ画像を処理バッファーに格納 PIXEL形式への変換を等含む
bmp2pixel( raw, source ) ;
// 実際の画像処理と、処理結果の保存, 画像処理ルーチンの呼び出し
if( (st=IMAGEPROCESSING( source, destination, lx, ly ))==0 ) {
saveDataAsBMP32( ofname, destination, lx, ly ); // BMPファイルで保存
} else if( st>0 ) fprintf( stderr, "Image processing is not completed.\n" );
GOOD_BY:; // 後始末とプログラムの終了
free(source); free(destination); free(raw);
return st;
}