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)：