INFORMATICA E PROGRAMMAZIONE PROF. M. GIACOMIN ESPERIENZA IN AULA: ELABORAZIONE DI IMMAGINI A COLORI IN LINGUAGGIO C

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1 INFORMATICA E PROGRAMMAZIONE PROF. M. GIACOMIN ESPERIENZA IN AULA: ELABORAZIONE DI IMMAGINI A COLORI IN LINGUAGGIO C DESCRIZIONE GENERALE In questa esperienza il C verrà utilizzato per elaborare immagini bitmap con codifica dei colori RGB si riveda la teoria in proposito. In particolare verranno sviluppate alcune funzioni per effettuare delle trasformazioni dell immagine, quali ad esempio il passaggio da colori a bianco e nero (o meglio scala di grigi). A questo scopo nel sito è disponibile una libreria (file Immagini.h e Immagini.c) unitamente ad un file contenente il main (main.c) che include il codice per permettere all utente di selezionare la funzione da eseguire. La libreria mette a disposizione il seguente tipo di dato per rappresentare un pixel: typedef struct{ unsigned char blue; unsigned char green; unsigned char red; } Pixel; in cui i campi blue, green, red, che possono assumere valori compresi tra 0 (min) e 255 (max), rappresentano il colore del pixel secondo la codifica RGB con 24 bit per pixel (8 bit per colore). Un immagine deve essere rappresentata mediante una matrice di elementi di tipo Pixel: Pixel Immagine[MAX_X][MAX_Y]; dove MAX_X e MAX_Y sono costanti che corrispondono alle dimensioni massime dell immagine rappresentabile (si ricorda che nel C standard le dimensioni dei vettori sono fissate). In particolare, l immagine reale è contenuta in una sottomatrice di dimensioni px*py (dove px<=max_x, py<=max_y) secondo la seguente figura: (0,0) (px-1,0) (0,py-1) (px-1,py-1) Matrice Immagine

2 L esercitazione prevede di elaborare la matrice che rappresenta l immagine per ottenere alcuni effetti descritti in seguito. Il programma NON sarà in grado di visualizzare le immagini: per vedere il risultato delle elaborazioni, si salverà l immagine in un file.bmp per mezzo della libreria fornita, in modo da poter poi visualizzarla mediante un qualsiasi programma di visualizzazione (e tipicamente di elaborazione) di immagini. DESCRIZIONE FUNZIONI DI LIBRERIA Mediante le funzioni della libreria, è possibile salvare la matrice in un file.bmp (visualizzabile praticamente da tutti i popolari programmi di visualizzazione immagini) e viceversa caricare nella matrice un immagine da un file.bmp (nella sua forma più semplice - senza uso di palette). Le immagini che possono essere caricate mediante la libreria (oltre a quella del file tramonto.bmp fornita sul sito), possono essere generate dai popolari programmi di gestione immagini. Ad esempio, utilizzando paint una qualunque immagine può essere salvata in un formato compatibile con la libreria selezionando Bitmap a 24 bit (.*bmp, *.dib). Divertitevi a sperimentare le funzioni implementate sulle immagini più varie La libreria mette a disposizione le 3 funzioni descritte di seguito (si veda il main.c per un esempio di utilizzo). int salva_immagine(const char *nomefile, Pixel Imm[][], int px, int py, int MY); /* salva un'immagine (contenuta in una matrice di Pixel) in un file (formato bitmap senza palette). Riceve in ingresso: const char *nomefile: la stringa contenente il nome del file in cui salvare l'immagine Pixel Imm[][]: il nome della matrice (di Pixel) in cui e' rappresentata l'immagine int px: il numero dei pixel orizzontali (cordinata x) dell'immagine int py: il numero dei pixel verticali (coordinata y) dell'immagine int MY: il numero di colonne della matrice Imm, in MY. Restituisce 0 se ok, 1 se errore in fase di salvataggio. NB: la funzione non effettua alcun controllo sulle dimensioni della matrice */ int dimensioni_immagine(const char *nomefile, int *x, int *y); /* esamina un file che si suppone contenere un'immagine in formato bitmap semplice (no palette) e restituisce le dimensioni in pixel x*y dell'immagine (attraverso due puntatori). Riceve in ingresso: const char *nomefile: la stringa contenente il nome del file contenente l'immagine int *x: l'indirizzo della variabile in cui la funzione memorizza il valore x int *y: l'indirizzo della variabile in cui la funzione memorizza il valore y Restituisce 0 se ok, 1 se viene rilevato un errore. */ int carica_immagine(const char *nomefile, Pixel Imm[][], int MY); /* carica un'immagine da un file in formato bitmap semplice (no palette) in una matrice di pixel. Riceve in ingresso: const char *nomefile: la stringa contenente il nome del file contenente l'immagine da caricare

3 Pixel Imm[]: il nome della matrice (di Pixel) in cui salvare l'immagine int MY: il numero di colonne della matrice Imm. Restituisce 0 se ok, 1 se errore in fase di caricamento. NB: la funzione non effettua alcun controllo sulle dimensioni della matrice, il programmatore deve assicurarsi che la matrice sia sufficientemente capiente per memorizzare l immagine. */ OPERAZIONI PRELIMINARI 1) Creare una directory in cui si salverà il progetto. 2) Scaricare nella directory creata i tre file Immagini.c, Immagini.h, main.c e tramonto.bmp disponibili sul sito. 3) Accedere a DEVC++ e creare un nuovo progetto empty (vuoto) da salvare nella stessa directory. 4) Aggiungere al progetto i due file Immagini.c e main.c (non Immagini.h e tramonto.bmp) mediante Project/Add to Project 5) Compilare (Execute/Rebuild All) ed eseguire (Execute/Run) il codice: attraverso il programma, provare a caricare l immagine tramonto.bmp e a salvarla con un altro nome (es. tramonto2.bmp). 6) A questo punto nella directory del progetto dovreste trovare il nuovo file: visualizzare l immagine in esso contenuta (uguale a quella di partenza) con un programma di visualizzazione immagini. 7) Esaminare il file main.c (vedi note successive). Nel file main.c è già stato sviluppato un programma che implementa l interazione con l utente, consentendogli di scegliere entro diverse opzioni. La struttura del main è caratterizzata dai seguenti aspetti: Vengono definite le costanti MAX_X e MAX_Y mediante la direttiva #define (potete cambiarne i valori come desiderate). Vengono dichiarate le funzioni per le elaborazioni delle immagini mediante i loro prototipi Viene definita come variabile globale la matrice IMM contenente l immagine corrente (quella su cui si lavora), unitamente alle variabili px e py che tengono traccia delle dimensioni dell immagine stessa. NB: si poteva definire IMM come variabile locale all interno del main, tuttavia, per motivi legati al compilatore, questa scelta può - nel caso di matrici di dimensioni elevate - dare origine ad errori in fase di esecuzione. Nota: viene definita anche un altra matrice TEMP utile per salvare temporaneamente l immagine. Si entra in un ciclo infinito in cui il programma continua a chiedere all utente una scelta (es: crea immagine di prova, carica immagine, ecc.). A seconda della scelta, il programma chiede eventuali dati all utente ed invoca una funzione opportuna. Il programma utilizza la struttura switch-case, facilmente comprensibile ad una prima lettura del codice. Si esaminino in particolare l opzione c (caricamento di un immagine) che sostituisce l immagine corrente con una caricata da file e l opzione s (salvataggio di un immagine) che salva l immagine corrente in un file. Si noti che la dimensione corrente dell immagine è mantenuta nelle variabili globali px e py Come visto, sono già implementati il caricamento ed il salvataggio delle immagini, mentre le funzioni di elaborazione delle immagini sono correttamente definite ed invocate ma hanno il corpo vuoto (contiene solo la stampa di un messaggio).

4 ESERCITAZIONE DA SVOLGERE Scrivere e sperimentare le funzioni per elaborare l immagine corrente descritte di seguito (le funzioni sono presentate in ordine di difficoltà crescente). Nota: non si devono gestire più immagini: il caricamento di un file sostituisce l immagine corrente, così pure la creazione dell immagine di prova. Le trasformazioni intervengono sempre sull immagine corrente. 1) Trasformazione dei colori dell immagine complementando le componenti : per ciascun pixel, la componente blu dovrà diventare 255-blu, la componente verde dovrà diventare 255-verde, la componente rossa 255-rosso. void compl_color(pixel Im[][MAX_Y], int x, int y); //ingresso: Im è la matrice, x e y sono le dimensioni dell immagine corrente 2) Trasformazione dei colori dell immagine in bianco e nero, o meglio in tonalità di grigio. Si ricordi come è rappresentato il bianco, come è rappresentato il nero e quali sono i colori corrispondenti ai grigi: un modo semplice è attribuire, per ogni pixel, la media delle tre componenti di colore a ciascuna di esse. void bianco_nero(pixel Im[][MAX_Y], int x, int y); //ingresso: Im è la matrice, x e y sono le dimensioni dell immagine corrente 3) Trasformazione dei colori dell immagine in modo che siano avvicinati ad un determinato colore focale scelto dall utente (il quale ne indicherà le tre componenti) secondo un certo grado α compreso tra 0 e 1 (anch esso scelto dall utente). Ad esempio, se l utente sceglie il verde allora tutti i colori dovranno essere avvicinati al verde, tanto più quanto maggiore è α (in particolare: se α=0 allora i colori rimangono inalterati, se α=1 allora l immagine diventa tutta verde). Suggerimento: si pensi a un colore come ad un punto nello spazio tridimensionale, identificato dalla terna delle sue componenti: avvicinare un colore al colore focale significa aggiungergli una parte del segmento che lo congiunge al colore focale stesso (la lunghezza è determinata da α). void FocusColor(Pixel Im[][MAX_Y], int x, int y, int bluef, int greenf, int redf, float alpha); //ingresso: Im è la matrice, x e y sono le dimensioni dell immagine corrente, bluef, greenf, redf, alpha rappresentano il colore focale ed il grado alpha. Esempio: immagine ottenuta da quella di prova focalizzandola sul verde (0, 255, 0):

5 4) Creazione di un immagine di prova di dimensioni scelte dall utente costituita da una serie di strisce verticali di dimensioni pari al 5% di px (in modo da ottenere circa 20 strisce), tali che: - i pixel della prima striscia hanno le componenti di colore pari a 0 per le componenti blu e verde, 255 per la componente rossa - i pixel della seconda striscia hanno tutte le componenti di colore pari a 0 - i pixel della terza striscia sono uguali alla prima, i pixel della quarta sono uguali alla seconda, ecc. ecc. In altre parole, le strisce pari hanno tutte lo stesso colore, le strisce dispari hanno tutte lo stesso colore. SUGGERIMENTO: la larghezza di ogni striscia è pari a px/20. Scorrete le colonne della matrice mediante un ciclo: per ciascuna colonna, usate la divisione per stabilire il numero della striscia cui appartiene è facile verificare se questo è pari o dispari ed attribuire i colori del pixel di conseguenza! void creaimmprova(pixel Im[][MAX_Y], int x, int y); //ingresso: Im è la matrice, x e y sono le dimensioni dell immagine da costruire (si suppone che px e py siano stati già aggiornati) 5) Trasformazione dell immagine in un immagine simmetrica rispetto all asse verticale centrale (vedi esempio successivo). Suggerimento: la prima colonna della matrice dovrà essere scambiata con l ultima, la seconda con la penultima cercate di realizzare la funzione senza l uso di una matrice temporanea! void simmetrica(pixel Im[][MAX_Y], int x, int y); //ingresso: Im è la matrice, x e y sono le dimensioni dell immagine corrente Esempio: immagine simmetrica rispetto a quella originaria

6 6) Squadrettatura dell immagine in quadrati di lato (in pixel) specificato dall utente (vedi esempio successivo). Nota: si tratta di un esercizio NON facilissimo! Pensate a come ottenere il colore uniforme in un quadratino Inoltre, l immagine non necessariamente include un numero esatto di quadratini void squadretto(pixel Im[][MAX_Y], int x, int y, int dim_quadro); //ingresso: Im è la matrice, x e y sono le dimensioni dell immagine corrente, dim_quadro è il lato (in pixel) del quadratino) ESEMPIO: La seguente è stata ottenuta per squadrettatura impostando una dimensione dei quadrati di 10 pixel per lato (nell esempio l immagine è più grande in modo che si vedano i quadrati, ma il programma NON deve modificare le dimensioni dell immagine in pixel): ALTRE IDEE PER APPASSIONATI: Definire una funzione che individua il numero di colori diversi che compongono un immagine. Ad esempio, l immagine di prova ottenuta sinteticamente contiene solo 4 colori (verde, blu, rosso e nero). Quanti colori diversi contiene l immagine del tramonto? A partire dall individuazione dei diversi colori (vedi funzione precedente), si potrebbe sviluppare un algoritmo che riduce il numero dei colori accorpando quelli che sono sufficientemente vicini tra loro. In questo modo si avrebbe una perdita di qualità non troppo evidente, con il vantaggio che la riduzione del numero dei colori potrebbe favorire la riduzione delle dimensioni del file (ad esempio usando una palette, NON gestita dal presente programma). Si usi la fantasia per sviluppare un algoritmo in tal senso meglio ancora se funzionante in base ad uno o più parametri scelti dall utente. Ogni altra funzionalità interessante inventata dallo studente