信息產(chǎn)業(yè)部電子第二十二研究所青島分所 郎銳  

一、 引言  

在測繪、文博等行業(yè)經(jīng)常會遇到這樣一種情況：觀測對象比較大，為保證分辨率又不能將其全部照下，只能進(jìn)行局部照相，事后再將這些局部照相的重合部分去掉，拼合成一幅完整的圖像。以前多采用手工拼合，誤差較大，往往不能很好的實(shí)現(xiàn)無縫拼合，即使有少量的專業(yè)設(shè)備，成本也普遍較高。其實(shí)只需將照片通過掃描儀將其錄入到計(jì)算機(jī)中，通過程序處理，完全能很好的實(shí)現(xiàn)多幅圖像的無縫拼合，滿足實(shí)際需要，而且對于文博行業(yè)中常會遇到的破碎的、不規(guī)則對象如古舊字畫殘片等也能很好的進(jìn)行無縫拼合。本文就對針對該程序的實(shí)現(xiàn)原理及過程做了簡要的介紹。

二、 程序設(shè)計(jì)原理

首先我們從實(shí)際出發(fā)，我們是通過進(jìn)行局部照相的手段來保存整體的全部信息，而要保證這些局部照片所含的信息之和能包括整體的全部信息就必然的使每兩幅鄰近的圖片有一部分交疊的部分，這樣才能保證在將整體對象劃分為若干局部照片而后再拼合成整體圖像的過程中不遺漏任何信息，即該劃分、拼合的整個過程是無損的。既然如此，我們只需能保證讓兩相鄰圖片的重疊部分能完全重合，那么我們也就能夠肯定在此狀態(tài)下的這兩幅圖像實(shí)現(xiàn)了無縫拼合。所以，問題就轉(zhuǎn)換為使相鄰圖片的重疊部分能完全重合，而判斷兩相同的圖像片段是否完全重疊可以用光柵掩碼來進(jìn)行直觀的判斷，比如我們可以采用"異或"的掩碼，當(dāng)相同位置上的兩幅圖片的像素相同時(shí)就為0即黑色，所以可以對兩圖片進(jìn)行移動，只要重疊部分全黑，則表明此時(shí)兩圖像的重疊部分已準(zhǔn)確的重合了，而此時(shí)也實(shí)現(xiàn)了圖像的無縫拼合。此后只需再采用"或"的光柵掩碼將合并后的圖像顯示出來，再通過拷屏等手段將其存盤即可。在實(shí)現(xiàn)拼合的全過程中主要涉及到圖像的拖放、圖像文件的讀取及顯示、光柵掩碼、拷屏以及內(nèi)存位圖的保存等多種技術(shù)。接下來就對這些技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行介紹。

三、 程序的具體實(shí)現(xiàn)

在進(jìn)行拼合之前，首先要將從掃描儀錄入的圖像從文件讀取到內(nèi)存中，并顯示出來。由于在拼合時(shí)采取的光柵操作掩碼是"異或"，所以為保持圖像的原始面貌，可以在消息WM_ERASEBKGND 的響應(yīng)函數(shù)中用PatBlt函數(shù)將整個客戶區(qū)的初始背景設(shè)定為黑色：

……
pDC->PatBlt(0,0,rect.Width(),rect.Height(), BLACKNESS);
return TRUE;

讀取位圖文件可以用LoadImage函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，m_sPath1指定了文件的路徑，LR_LOADFROMFILE屬性指定從文件中讀取位圖，返回值為該位圖的句柄：

……
HBITMAP hbitmap;
hbitmap=(HBITMAP)LoadImage(AfxGetInstanceHandle(),
m_sPath1,
IMAGE_BITMAP,0,0,
LR_LOADFROMFILE LR_CREATEDIBSECTION);

之后我們就可以創(chuàng)建一個和當(dāng)前設(shè)備環(huán)境兼容的內(nèi)存設(shè)備環(huán)境hMemDC1,并將剛才讀取到內(nèi)存的位圖放置到該設(shè)備環(huán)境中：

hMemDC1=::CreateCompatibleDC(NULL);
SelectObject(hMemDC1,hbitmap);
::DeleteObject(hbitmap); //釋放掉用過的位圖句柄  
Invalidate();

至于位圖的顯示，由于需要頻繁的拖動和其他處理，將其放置于OnDraw函數(shù)中較為合理，需要更新顯示時(shí)只需顯式地用Invalidate()函數(shù)刷新即可。OnDraw()中的顯示位圖部分最好用BitBlt函數(shù)來完成，該函數(shù)負(fù)責(zé)把hMemDC1中的位圖放置到pDC頁面中以完成內(nèi)存頁面的置換，其處理速度還是比較快的：

……
::BitBlt(pDC->m_hDC,m_nX1,m_nY1, m_nWidth1,m_nHeight1,hMemDC1,0,0,m_dwRop);
……

函數(shù)中的m_dwRop變量對光柵操作碼進(jìn)行設(shè)置，初始為SRCINVERT即光柵異或操作，當(dāng)拼合成功需要顯示合并后的效果時(shí)再將其設(shè)定為SRCPAINT光柵或操作。

我們可以通過對鼠標(biāo)消息響應(yīng)函數(shù)的編程來實(shí)現(xiàn)在客戶區(qū)內(nèi)的位圖拖放，按照Windows系統(tǒng)的習(xí)慣，首先在鼠標(biāo)左鍵的響應(yīng)函數(shù)中通過PtInRect()函數(shù)判斷鼠標(biāo)在左鍵按下時(shí)是否是落在位圖上，如果是就可以在鼠標(biāo)左鍵彈起之前將圖片隨鼠標(biāo)拖動了，顯然這部分應(yīng)在WM_MOUSEMOVE消息的響應(yīng)函數(shù)內(nèi)編寫代碼：

……
if(m_bCanMove1==true) //在移動之前鼠標(biāo)左鍵是在圖片上點(diǎn)擊的
{
int dx=m_nOldX1-m_nX1; //計(jì)算鼠標(biāo)距離圖片原點(diǎn)的距離
int dy=m_nOldY1-m_nY1;
m_nX1=point.x-dx; //計(jì)算新的圖片原點(diǎn)的坐標(biāo)（客戶區(qū)坐標(biāo)）
m_nY1=point.y-dy;
Invalidate(); //更新視圖
}
m_nOldX1=point.x; //保存上一次的鼠標(biāo)位置
m_nOldY1=point.y;
……

到此為止，可以運(yùn)行程序?qū)Χ喾�碎片圖像進(jìn)行拼合了，用鼠標(biāo)拖動一幅圖像在另一幅圖像邊緣移動，由于采用了"異或"的光柵掩碼，兩幅圖片交疊的地方顏色會發(fā)生改變，但只有完全重合時(shí)才會全黑，表明此時(shí)的拼合是無縫的，將掩碼換為"或"即可將拼合后的圖像顯示出來。但此時(shí)只是保留在內(nèi)存中，還要經(jīng)過進(jìn)一步的處理，才能將合并后的圖像存盤保留。

首先要對合并后的圖像所在的矩形框的位置、大小進(jìn)行判斷，可以用下面的類似代碼來完成（本例同時(shí)最多能有4幅圖像進(jìn)行拼合）：

……
int temp1,temp2,x0,y0,x1,y1;
temp1=m_nX1
if(m_sPath3!="")//如果有3幅圖片參與拼合
{
if(m_sPath4!="")//如果有4幅圖片參與拼合
temp2=m_nX3
else
temp2=m_nX3;
x0=temp1
}
else
x0=temp1;
……
temp1=m_nX1+m_nWidth1>m_nX2+m_nWidth2?m_nX1+m_nWidth1:m_nX2+m_nWidth2;
if(m_sPath3!="")
{
if(m_sPath4!="")
temp2=m_nX3+m_nWidth3>m_nX4+m_nWidth4?m_nX3+m_nWidth3:m_nX4+m_nWidth4;
else
temp2=m_nX3+m_nWidth3;
x1=temp1>temp2?temp1:temp2;
}
else
x1=temp1;

可以用類似的代碼計(jì)算出y0和y1。在進(jìn)行屏幕截圖之前必須將由x0,y0,x1,y1構(gòu)成的矩形由客戶坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成屏幕坐標(biāo)，可以用ClientToScreen()函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。下面是將屏幕指定區(qū)域以位圖形式拷貝到內(nèi)存中去的函數(shù)的主要實(shí)現(xiàn)代碼：

HBITMAP CImageView::CopyScreenToBitmap(LPRECT lpRect)
{
……
// 確保選定區(qū)域不為空矩形  
if(IsRectEmpty(lpRect))  
return NULL;
//為屏幕創(chuàng)建設(shè)備描述表  
hScrDC = CreateDC("DISPLAY", NULL, NULL, NULL);
//為屏幕設(shè)備描述表創(chuàng)建兼容的內(nèi)存設(shè)備描述表  
hMemDC = CreateCompatibleDC(hScrDC);  
……
// 創(chuàng)建一個與屏幕設(shè)備描述表兼容的位圖
hBitmap = CreateCompatibleBitmap(hScrDC, lpRect->Width(),lpRect->Height());
// 把新位圖選到內(nèi)存設(shè)備描述表中
hOldBitmap = (HBITMAP)SelectObject(hMemDC, hBitmap);  
// 把屏幕設(shè)備描述表拷貝到內(nèi)存設(shè)備描述表中
BitBlt(hMemDC, 0, 0, lpRect->Width(),lpRect->Height,  
hScrDC, lpRect->left lpRect->top, SRCCOPY);  
//得到屏幕位圖的句柄
hBitmap =(HBITMAP)SelectObject(hMemDC, hOldBitmap);  
//清除
DeleteDC(hScrDC);
DeleteDC(hMemDC);
……
// 返回位圖句柄  
return hBitmap;
}

當(dāng)把拼合后的區(qū)域拷貝到內(nèi)存，并獲取到該內(nèi)存位圖的句柄后可以將其通過剪貼板傳送到其他圖形處理軟件中進(jìn)行進(jìn)一布的處理，也可以按照位圖的格式直接將其保存成文件，為方便計(jì)，本例采用了后者。其實(shí)現(xiàn)過程主要是根據(jù)剛才獲取到的內(nèi)存位圖句柄按格式填充BMP文件的信息頭以及像素陣列，下面就結(jié)合實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵代碼進(jìn)行介紹：

首先獲取設(shè)備描述表句柄，并用函數(shù)GetDeviceCaps()獲取到當(dāng)前顯示分辨率下每個像素所占字節(jié)數(shù)，并據(jù)此計(jì)算出調(diào)色板的大小：

……
hDC = CreateDC("DISPLAY",NULL,NULL,NULL);
iBits = GetDeviceCaps(hDC, BITSPIXEL) * GetDeviceCaps(hDC, PLANES);
DeleteDC(hDC);
if (iBits <= 1)
wBitCount = 1;  
else if (iBits<= 4)
wBitCount = 4;  
else if (iBits<= 8)
wBitCount = 8;
else if (iBits <= 24)
wBitCount = 24; //計(jì)算調(diào)色板大小
……
然后就可以設(shè)置位圖信息頭結(jié)構(gòu)了，其中bi 是BITMAPINFOHEADER 結(jié)構(gòu)的實(shí)例對象：
……
if (wBitCount <= 8)
dwPaletteSize = (1<
GetObject(hBitmap, sizeof(BITMAP), (LPSTR)&Bitmap);
bi.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);
bi.biWidth = Bitmap.bmWidth;
bi.biHeight = Bitmap.bmHeight;
bi.biPlanes = 1;
bi.biBitCount = wBitCount;  
bi.biCompression = BI_RGB;
bi.biSizeImage = 0;  
bi.biXPelsPerMeter = 0;
bi.biYPelsPerMeter = 0;
bi.biClrUsed = 0;
bi.biClrImportant = 0;
用GlobalAlloc()函數(shù)根據(jù)計(jì)算的結(jié)果為位圖內(nèi)容分配內(nèi)存，并返回分配得到的內(nèi)存句柄hDib，
并用GetStockObject()來設(shè)置缺省狀態(tài)下的調(diào)色板：
……
dwBmBitsSize = ((Bitmap.bmWidth*wBitCount+31)/32)*4*Bitmap.bmHeight;  
hDib = GlobalAlloc(GHND,dwBmBitsSize+dwPaletteSize+sizeof(BITMAPINFOHEADER));
lpbi = (LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hDib);  
*lpbi = bi; // 處理調(diào)色板  
hPal = GetStockObject(DEFAULT_PALETTE);  
if (hPal)
{
hDC = ::GetDC(NULL);
hOldPal =SelectPalette(hDC, (HPALETTE)hPal, FALSE);
RealizePalette(hDC);  
}
// 獲取該調(diào)色板下新的像素值
GetDIBits(hDC, hBitmap, 0, (UINT) Bitmap.bmHeight,
(LPSTR)lpbi + sizeof(BITMAPINFOHEADER)+dwPaletteSize,
(BITMAPINFO*)lpbi, DIB_RGB_COLORS);
//恢復(fù)調(diào)色板  
if (hOldPal)
{
SelectPalette(hDC,(HPALETTE)hOldPal, TRUE);  
RealizePalette(hDC);
::ReleaseDC(NULL,hDC);  
}
……

最后的工作就是創(chuàng)建位圖文件了，需要把設(shè)置好的位圖文件頭和像素點(diǎn)陣信息依次保存到文件中，其中bmfHdr 是BITMAPFILEHEADER位圖文件頭結(jié)構(gòu)的實(shí)例對象，需要按照BMP位圖的存盤格式對其進(jìn)行設(shè)置：

……
fh = CreateFile(lpFileName,  
GENERIC_WRITE, 0, NULL,
CREATE_ALWAYS,
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL FILE_FLAG_SEQUENTIAL_SCAN,  
NULL);
// 設(shè)置位圖文件頭
bmfHdr.bfType = 0x4D42; // "BM"
dwDIBSize = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER)
+ dwPaletteSize + dwBmBitsSize;  
bmfHdr.bfSize = dwDIBSize;
bmfHdr.bfReserved1 = 0;
bmfHdr.bfReserved2 = 0;  
bmfHdr.bfOffBits = (DWORD)sizeof(BITMAPFILEHEADER) +  
(DWORD)sizeof(BITMAPINFOHEADER)+ dwPaletteSize;  
//寫入位圖文件頭
WriteFile(fh, (LPSTR)&bmfHdr, sizeof(BITMAPFILEHEADER), &dwWritten, NULL);  
// 寫入位圖文件其余內(nèi)容
WriteFile(fh, (LPSTR)lpbi, dwDIBSize,&dwWritten, NULL);
……

小結(jié)：本程序通過一個實(shí)例講述了處理圖片無縫拼合的一種實(shí)用方法，在測繪、勘察、文博等行業(yè)均有較大的應(yīng)用潛力。在理解了程序的設(shè)計(jì)思路和編程思想的前提下，結(jié)合具體的實(shí)際需求，通過對本文具體代碼的改動可以設(shè)計(jì)出更適合本單位實(shí)際情況的類似軟件。另外，本文所講述的截取并保存屏幕技術(shù)在類似程序的編制上也可以提供一定的參考。本程序在Windows 98下，由Microsoft Visual C++ 6.0編譯通過。