[转]J2ME开发中彩色转灰度算法的应用

      

一、基础

对于彩色转灰度，有一个很著名的心理学公式：

Gray = R*0.299 + G*0.587 + B*0.114

二、整数算法

而实际应用时，希望避免低速的浮点运算，所以需要整数算法。

注意到系数都是3位精度的没有，我们可以将它们缩放1000倍来实现整数运算算法：

Gray = (R*299 + G*587 + B*114 + 500) / 1000

RGB一般是8位精度，现在缩放1000倍，所以上面的运算是32位整型的运算。注意后面那个除法是整数除法，所以需要加上500来实现四舍五入。

就是由于该算法需要32位运算，所以该公式的另一个变种很流行：

Gray = (R*30 + G*59 + B*11 + 50) / 100

但是，虽说上一个公式是32位整数运算，但是根据80x86体系的整数乘除指令的特点，是可以用16位整数乘除指令来运算的。而且现在32位早普及了（AMD64都出来了），所以推荐使用上一个公式。

三、整数移位算法

上面的整数算法已经很快了，但是有一点仍制约速度，就是最后的那个除法。移位比除法快多了，所以可以将系数缩放成 2的整数幂。

习惯上使用16位精度，2的16次幂是65536，所以这样计算系数：

0.299 * 65536 = 19595.264 ≈ 19595
 
0.587 * 65536 + (0.264) = 38469.632 + 0.264 = 38469.896 ≈ 38469
 
0.114 * 65536 + (0.896) = 7471.104 + 0.896 = 7472

可能很多人看见了，我所使用的舍入方式不是四舍五入。四舍五入会有较大的误差，应该将以前的计算结果的误差一起计算进去，舍入方式是去尾法：

写成表达式是：

Gray = (R*19595 + G*38469 + B*7472) >> 16

2至20位精度的系数：

Gray = (R*1 + G*2 + B*1) >> 2
 
Gray = (R*2 + G*5 + B*1) >> 3
 
Gray = (R*4 + G*10 + B*2) >> 4
 
Gray = (R*9 + G*19 + B*4) >> 5
 
Gray = (R*19 + G*37 + B*8) >> 6
 
Gray = (R*38 + G*75 + B*15) >> 7
 
Gray = (R*76 + G*150 + B*30) >> 8
 
Gray = (R*153 + G*300 + B*59) >> 9
 
Gray = (R*306 + G*601 + B*117) >> 10
 
Gray = (R*612 + G*1202 + B*234) >> 11
 
Gray = (R*1224 + G*2405 + B*467) >> 12
 
Gray = (R*2449 + G*4809 + B*934) >> 13
 
Gray = (R*4898 + G*9618 + B*1868) >> 14
 
Gray = (R*9797 + G*19235 + B*3736) >> 15
 
Gray = (R*19595 + G*38469 + B*7472) >> 16
 
Gray = (R*39190 + G*76939 + B*14943) >> 17
 
Gray = (R*78381 + G*153878 + B*29885) >> 18
 
Gray = (R*156762 + G*307757 + B*59769) >> 19
 
Gray = (R*313524 + G*615514 + B*119538) >> 20

仔细观察上面的表格，这些精度实际上是一样的：3与4、7与8、10与11、13与14、19与20

所以16位运算下最好的计算公式是使用7位精度，比先前那个系数缩放100倍的精度高，而且速度快：

Gray = (R*38 + G*75 + B*15) >> 7

其实最有意思的还是那个2位精度的，完全可以移位优化：

Gray = (R + (WORD)G<<1 + B) >> 2

由于误差很大，所以做图像处理绝不用该公式（最常用的是16位精度）。但对于游戏编程，场景经常变化，用户一般不可能观察到颜色的细微差别，所以最常用的是2位精度。

public static int[] Turngrey(Image image) {
    int rgx[];
    rgx = new int[image.getWidth() * image.getHeight()];
    image.getRGB(rgx, 0, image.getWidth(), 0, 0, image.getWidth(),
                 image.getHeight()); //获得图片的ARGB值
    int r, g, b;
    for (int j = 0; j < rgx.length; j++) {
        r = (rgx[j] & 0x00ff0000) >> 16;
        g = (rgx[j] & 0x0000ff00) >> 8;
        b = rgx[j] & 0x000000ff;
        if ((rgx[j] == 0x00FFFFFF)) {
            continue;
        }
        r = g;
        b = g;
 
        rgx[j] = ((r << 16) | (g << 8) | b) | 0xff000000;
    }
    return rgx;
}

以上是别人写的算法，我把这个算法用到游戏中处理角色死亡的画面，整个屏幕变灰，刷新也变慢，这个效果是很COOL的~~

在我的项目中我自己写了个函数，一便于我的游戏引擎调度：

/**
 * @todo 灰度处理
 */
public static int[] Turngrey(Image image) {
    int rgx[];
    rgx = new int[image.getWidth() * image.getHeight()];
    image.getRGB(rgx, 0, image.getWidth(), 0, 0, image.getWidth(),
                 image.getHeight()); //获得图片的ARGB值
    int r, g, b;
    for (int j = 0; j < rgx.length; j++) {
        r = (rgx[j] & 0x00ff0000) >> 16;
        g = (rgx[j] & 0x0000ff00) >> 8;
        b = rgx[j] & 0x000000ff;
        if ((rgx[j] == 0x00FFFFFF)) {
            continue;
        }
        r = g;
        b = g;
 
        //r = g*3/10;
        //r = (g << 1 + r) >> 3 + (g << 1 + r);
        //b = g * 6 / 10;
        //b = ((g << 1) << 1 + (g << 1)) >> 3 + ((g << 1) << 1 + (g << 1));
 
        //g = g >> 3 + g;
 
        rgx[j] = ((r << 16) | (g << 8) | b) | 0xff000000;
    }
    return rgx;
}

游戏中的效果在下面(当然引擎可以随时控制颜色恢复彩色)：