Графические фильтры (image_processor)

В этом задании требуется реализовать консольное приложение, позволяющее применять к изображениям различные фильтры, аналогичные фильтрам в популярных графических редакторах.

Поддерживаемый формат изображений

Входные и выходные графические файлы должны быть в формате BMP.

Формат BMP поддерживает достаточно много вариаций, но в этом задании будет использоваться 24-битный BMP без сжатия и без таблицы цветов. Тип используемого DIB header - BITMAPINFOHEADER.

Пример файла в нужном формате есть в статье на Википедии в разделе "Example 1" и в папке test_script/data.

При тестировании обязательно обращайте внимание на то, чтобы тестовое изображение было сохранено именно в 24-битном BMP.

Формат аргументов командной строки

Описание формата аргументов командной строки:

{имя программы} {путь к входному файлу} {путь к выходному файлу} [-{имя фильтра 1} [параметр фильтра 1] [параметр фильтра 2] ...] [-{имя фильтра 2} [параметр фильтра 1] [параметр фильтра 2] ...] ...

При запуске без аргументов программа выводит справку.

Пример

./image_processor input.bmp /tmp/output.bmp -crop 800 600 -gs -blur 0.5

В этом примере

1. Загружается изображение из файла input.bmp
2. Обрезается до изображения с началом в верхнем левом углу и размером 800х600 пикселей
3. Переводится в оттенки серого
4. Применяется размытие с сигмой 0.5
5. Полученное изображение сохраняется в файл /tmp/output.bmp

Список фильтров может быть пуст, тогда изображение должно быть сохранено в неизменном виде. Фильтры применяются в том порядке, в котором они перечислены в аргументах командной строки.

Фильтры

В формулах далее считаем, что каждая компонента цвета представлена вещественным числом от 0 до 1. Цвета пикселей представлены тройками (R, G, B). Таким образом, (0, 0, 0) – черный, (1, 1, 1) – белый.

Если фильтр задан матрицей, это означает, что значение каждого из цветов определяется взвешенной суммой значений этого цвета в соседних пикселях в соответствии с матрицей. При этом целевому пикселю соответствует центральный элемент матрицы.

Например, для фильтра, заданного матрицей

Значение каждого из цветов целевого пикселя C[x][y] будет определяться формулой

C[x][y] =
  min(1, max(0,
   1*C[x-1][y-1] + 2*C[x][y-1] + 3*C[x+1][y-1] +
   4*C[x-1][y]   + 5*C[x][y]   + 6*C[x+1][y]   +
   7*C[x-1][y+1] + 8*C[x][y+1] + 9*C[x+1][y+1]
))

При обработке пикселей, близких к краю изображения, часть матрицы может выходить за границу изображения. В таком случае в качестве значения пикселя, выходящего за границу, следует использовать значение ближайшего к нему пикселя изображения.

Список базовых фильтров

Crop (-crop width height)

Обрезает изображение до заданных ширины и высоты. Используется верхняя левая часть изображения.

Если запрошенные ширина или высота превышают размеры исходного изображения, выдается доступная часть изображения.

Grayscale (-gs)

Преобразует изображение в оттенки серого по формуле

Negative (-neg)

Преобразует изображение в негатив по формуле

Sharpening (-sharp)

Повышение резкости. Достигается применением матрицы

Edge Detection (-edge threshold)

Выделение границ. Изображение переводится в оттенки серого и применяется матрица

Пиксели со значением, превысившим threshold, окрашиваются в белый, остальные – в черный.

Gaussian Blur (-blur sigma)

Гауссово размытие, параметр – сигма.

Значение каждого из цветов пикселя C[x0][y0] определяется формулой

Существуют различные варианты релализации и оптимизации вычисления этого фильтра, описание есть в Википедии.