labeling

プログラムの説明は、IPFundamentals から確認してください。 By Cryst.
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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 -mno-cygwin -m486 -o labeling labeling.c
//                     gcc -O3 -Wall -m486 -o labeling labeling.c
/** bmp ファイルを読み込み８連結のラベリング処理をするプログラム　C 言語　ソースコード
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)

#pragma pack(push,2)
typedef struct HEADER {
    unsigned short bfType;       // 0x4D42 BMP 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
} HEADER ;
#pragma pack(pop)

#define BMPID      0x4D42
#define BMPIFHSIZE 40

void **alloc2D( void *data, int sizeOfUnit, int lx, int ly )
{ // 連続データを、配列データとしてアクセス可能にする
register void **d, *base=data ;
register int i, s=sizeOfUnit, llx=lx, lly=ly ;

    if( (data==NULL) || (sizeOfUnit<1) || (lx<1) || (ly<1) ) return NULL ;
    if( (d=(void **)malloc(ly*sizeof(void *))) == NULL ) return NULL ;
    for( i=0; i<lly; i++ ) d[i] = (void *)((unsigned char *)base + llx*s*i) ;
    return d ;
}

/////////////////////////////   新規追加共通関数   /////////////////////////////
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 inline 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

#define CFGFINALFNAMEIS(fname) #fname                   // labeling.cfg    -> "labeling.cfg"
#define CFGEXTRACTING(fname) CFGFINALFNAMEIS(fname.cfg) // labeling        -> labeling.cfg
#define CFGNAMEIS(fname) CFGEXTRACTING(fname)           // IMAGEPROCESSING -> labeling
    saveRawLabelConf( CFGNAMEIS(IMAGEPROCESSING), lx, ly ) ; // ラベルデータのサイズ情報を保存します。

#define LBLFINALFNAMEIS(fname) #fname                   // labeling.lbl    -> "labeling.lbl"
#define LBLEXTRACTING(fname) LBLFINALFNAMEIS(fname.lbl) // labeling        -> labeling.lbl
#define LBLNAMEIS(fname) LBLEXTRACTING(fname)           // IMAGEPROCESSING -> labeling
    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

////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// 以下上記関数を実際に利用する為に必要な処理の記載部
//
// 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
// 通常ヘッダーファイルは多重読み込みに対応しているので何度インクルドしても良い
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>

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;
}

void raw2pixel(void *raw, void *pix, int lenX, int lenY, int BitCount)
{
register char    *src=(char *)raw, *dst=(char *)pix, dummy ;
register int     x, y, lx=lenX, ly=lenY, byteParLine=(lx*(BitCount/8)+3)&(~3) ;
register int     i, l=lx*ly, *s=(int *)raw, *d=(int *)pix ;

    if( BitCount!=24 && BitCount!=32 ) for( y=0; y<ly; y++ ) for( x=0, dummy=0; x<lx; *d++=dummy++, x++ ) ;
    else if( BitCount == 32 ) for( i=0; i<l; *d++=*s++, i++ ) ; // same as d[i]=s[i], i++
    else {// BitCount == 24
            for( y=0; y<ly; y++ ) {
                src = (char *)raw + byteParLine * y ;
                for( x=0; x<lx; x++ ) {
                    *dst++ = *src++ ; // B
                    *dst++ = *src++ ; // G
                    *dst++ = *src++ ; // R
                    *dst++ = 0 ;
                }
            }
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
HEADER           h ;
struct stat      fileInfo ;
register FILE    *fp ;
register char    *raw=NULL, *image=NULL, *fname=NULL ;
register PIXEL   *source=NULL, *destination=NULL ;
register int     lx, ly, size, st=1 ;

    if ( argc != 2 && argc != 3 ) { // 画像データをメモリーに読み込む
        fprintf( stderr, "usage: %s 32bit_format_bmp [output_BMP_name]\n", argv[0] );
        goto GOOD_BY ;
    } else if ( (fp=fopen(argv[1],"rb")) == NULL ) {
        fprintf( stderr, "'%s' open error.\n", argv[1] );               goto GOOD_BY ;
    } else if ( fstat(fileno(fp), &fileInfo) != 0 ) {
        fprintf( stderr, "'%s' stat error.\n", argv[1] ); fclose(fp) ; goto GOOD_BY ;
    } else if( fileInfo.st_size < sizeof(HEADER) ) {
        fprintf( stderr, "'%s' file size erro. too small(%d Byte)\n", argv[1], (int)fileInfo.st_size );
        fclose(fp) ; goto GOOD_BY ;
    } else if( (raw=(char *)malloc(fileInfo.st_size)) == NULL ) {
        fprintf( stderr, "Couldn't allocate memory.\n" ) ; fclose(fp) ; goto GOOD_BY ;
    } else if ( fread(raw, fileInfo.st_size, 1, fp) != 1 ) {
        fprintf( stderr, "'%s' read error.\n", argv[1] ); fclose(fp) ; goto GOOD_BY ;
    } else fclose(fp) ;

    // 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( (h=*(HEADER *)raw).bfType!=BMPID || h.bfReserved1!=0 || h.bfReserved2!=0 ) {
        fprintf( stderr, "%s' is not a BMP file.\n", argv[1] );
        goto GOOD_BY ;
    } else if( h.bfOffBits!=sizeof(HEADER) || h.biSize!=BMPIFHSIZE || h.biPlanes!=1 || (h.biBitCount!=24 && h.biBitCount!=32) || h.biCompression!=0 ) {
        fprintf( stderr, "The BMP file, '%s', is not a 32(24)bit non-compression format.\n", argv[1] );
        goto GOOD_BY ;
    } else if ( fileInfo.st_size<(h.biSizeImage+h.bfOffBits) || h.biWidth*abs(h.biHeight)*(h.biBitCount/8)>h.biSizeImage ) {
        fprintf( stderr, "Bad BMP file format.\n" );
        fprintf( stderr, "%d, %d, %d, %d, %d\n", (int)fileInfo.st_size, h.biWidth, abs(h.biHeight), h.biWidth*abs(h.biHeight)*(h.biBitCount/8), h.biSizeImage );
        goto GOOD_BY ;
    } else {
        lx   = h.biWidth ;
        ly   = abs(h.biHeight) ; // 座標系が左上原点でも左下原点でも処理に支障は無く、必要なのは大きさのみ
        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 ;
    } else { // 読み込んだ画像を処理バッファーに格納（PIXEL形式への変換を含む）等
#define FINALFNAMEIS(foname) #foname                 // "MyFunction.bmp"
#define EXTRACTING(foname) FINALFNAMEIS(foname.bmp) // MyFunction.bmp
#define FNAMEIS(foname) EXTRACTING(foname)           // IMAGEPROCESSING -> MyFunction
        fname = argc==2 ? FNAMEIS(IMAGEPROCESSING) : argv[2] ;
        image = (char *)raw + sizeof(HEADER) ;
        raw2pixel(image, source, lx, ly, h.biBitCount) ;
    }


    // 実際の画像処理と、処理結果の保存
    st = IMAGEPROCESSING(source, destination, lx, ly) ; // ここで画像処理ルーチンを呼び出す
    if( st == 0 ) saveDataAsBMP32( fname, destination, lx, h.biHeight) ; // biHeight (not ly)
    else fprintf( stderr, "Image processing is not completed.\n" ) ;


GOOD_BY: // 後始末とプログラムの終了
    free(destination) ;
    free(source) ;
    free(raw) ;
    return st ;
}

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