图像到ASCII艺术转换

c++

image-processing

序幕

该主题有时会在SO上弹出，但通常由于写作问题不佳而被删除。我看到了许多这样的问题，然后在请求其他信息时从OP （通常是低声望）中保持沉默。如果输入的内容对我来说足够好，我决定回答一个问题，在活动期间，它通常每天会得到几次投票，但是几周后，该问题就被删除/删除，所有问题均从头开始。。因此，我决定写此问答，以便我可以直接参考此类问题，而不必一遍又一遍地重写答案……

另一个原因也是该META线程也针对我，因此，如果您有其他意见，请随时发表评论。

题

如何使用C ++将位图图像转换为ASCII艺术 ？

一些约束：

灰度图像
使用等宽字体
保持简单（不为初学者级程序员使用太高级的东西）

这是相关的Wiki页面ASCII艺术（感谢@RogerRowland）

参考资料：

Stack Overflow

NaN-aN-aN aN:aN:aN 更新

简语风• 675

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图像到ASCII艺术转换的方法更多，为简单起见，大多数方法都是基于使用等宽字体 ，我只遵循基本知识：

基于像素/区域强度（阴影）

这种方法将像素区域中的每个像素处理为单个点。想法是计算该点的平均灰度强度，然后将其替换为强度与所计算强度足够接近的字符。为此，我们需要一些可用字符的列表，每个字符都具有预先计算的强度，因此将其称为字符map 。要更快地选择哪种字符最适合哪种强度，有两种方法：

线性分布强度特征图
因此，我们只使用在同一步骤具有强度差异的字符。换句话说，当升序排序时：
```
 intensity_of(map[i])=intensity_of(map[i-1])+constant; 
```
同样，当我们的字符map排序后，我们可以直接从强度计算字符（无需搜索）
```
 character=map[intensity_of(dot)/constant]; 
```
任意分布强度特征图
因此，我们有一系列可用的字符及其强度。我们需要找到最接近intensity_of(dot)的intensity_of(dot)因此，如果对map[]进行排序，则可以使用二进制搜索，否则需要O(n)搜索最小距离循环或O(1)字典。有时，为简单起见，可以将字符map[]处理为线性分布，从而导致通常不会在结果中看到轻微的伽玛失真，除非您知道要查找的内容。

基于强度的转换对于灰度图像（不仅仅是黑白图像）也非常有用。如果将点选择为单个像素，结果将变大（1像素->单个字符），因此对于较大的图像，将选择一个区域（字体大小的倍数）以保留长宽比，并且不要太大。

怎么做：

所以均匀地划分图像（灰度）像素或（矩形）区域点的
计算每个像素/区域的强度
用强度最接近的字符映射中的字符替换它

作为字符map您可以使用任何字符，但是如果字符的像素沿字符区域均匀分布，则效果会更好。对于初学者，您可以使用：

char map[10]=" .,:;ox%#@";

降序排序并假装为线性分布。

因此，如果像素/区域的强度为i = <0-255>则替换字符为

map[(255-i)*10/256];

如果i==0则像素/区域为黑色，如果i==127则像素/区域为灰色，如果i==255则像素/区域为白色。您可以在map[]尝试不同的字符...

这是我在C ++和VCL中的古老示例：

AnsiString m=" .,:;ox%#@";
Graphics::TBitmap *bmp=new Graphics::TBitmap;
bmp->LoadFromFile("pic.bmp");
bmp->HandleType=bmDIB;
bmp->PixelFormat=pf24bit;

int x,y,i,c,l;
BYTE *p;
AnsiString s,endl;
endl=char(13); endl+=char(10);
l=m.Length();
s="";
for (y=0;y<bmp->Height;y++)
    {
    p=(BYTE*)bmp->ScanLine[y];
    for (x=0;x<bmp->Width;x++)
        {
        i =p[x+x+x+0];
        i+=p[x+x+x+1];
        i+=p[x+x+x+2];
        i=(i*l)/768;
        s+=m[l-i];
        }
    s+=endl;
    }
mm_log->Lines->Text=s;
mm_log->Lines->SaveToFile("pic.txt");
delete bmp;

除非使用Borland / Embarcadero环境，否则您需要替换/忽略VCL内容

mm_log是备忘录，在其中输出文本
bmp是输入位图
AnsiString是VCL类型的字符串，索引形式为1，而不是以0作为char* ！

结果如下： NSFW强度示例图像

左侧是ASCII美工输出（字体大小为5px），右侧是输入图像放大了几次。如您所见，输出是较大的像素->字符。如果使用较大的区域而不是像素，则缩放较小，但是输出的视觉效果当然较差。 这种方法非常容易且快速地进行编码/处理。

当您添加更多高级内容时，例如：

自动地图计算
自动像素/区域大小选择
宽高比校正

然后，您可以处理更复杂的图像并获得更好的结果：

这导致1：1比例（放大以查看字符）：

强度高级示例

当然，对于区域采样，您会丢失一些小细节。这是与第一个使用区域采样的示例相同大小的图像：

NSFW强度稍高的示例图像

如您所见，这更适合于较大的图像

字符拟合（在底纹和纯ASCII艺术之间混合）

这种方法尝试用强度和形状相似的字符替换区域（不再有单个像素点）。另一方面，与以前的方法相比，即使使用更大的字体，这也会导致更好的结果，但是这种方法当然要慢一些。有更多方法可以执行此操作，但是主要思想是计算图像区域（ dot ）和渲染字符之间的差异（距离）。您可以从像素之间的绝对绝对差之和开始，但这将导致效果不佳，因为即使移动1个像素也会使距离变大，而可以使用相关性或不同的指标。总体算法与以前的方法几乎相同：

所以均匀地分割图像（灰度）的矩形区域点的
- 理想情况下，其长宽比应与呈现的字体字符相同（它将保留长宽比，请不要忘记字符通常在x轴上重叠一点）
计算每个区域的强度（ dot ）
用强度/形状最接近的字符map的字符替换它

如何计算字符和点之间的距离？那是这种方法中最难的部分。在进行实验时，我在速度，质量和简单性之间取得了这种折衷：

将角色区域划分为区域
- 从转换字母（ map ）计算每个字符的左，右，上，下和中心区域的单独强度
- 归一化所有强度，因此它们独立于面积大小i=(i*256)/(xs*ys)
在矩形区域中处理源图像
- （具有与目标字体相同的宽高比）
- 对于每个区域，以与项目符号1相同的方式计算强度
- 从转换字母表中的强度中找到最接近的匹配项
- 输出适合字符

这是字体大小= 7px的结果

字符拟合示例

如您所见，即使使用更大的字体大小，输出在视觉上也令人愉悦（前面的方法示例使用5px字体大小）。输出与输入图像的大小大致相同（无缩放）。由于字符不仅在强度上而且在整体形状上都更接近于原始图像，因此可以获得更好的结果，因此您可以使用更大的字体并仍然保留细节（直到粗糙为止）。

这是基于VCL的转换应用程序的完整代码：

//---------------------------------------------------------------------------
#include <vcl.h>
#pragma hdrstop

#include "win_main.h"
//---------------------------------------------------------------------------
#pragma package(smart_init)
#pragma resource "*.dfm"
TForm1 *Form1;
Graphics::TBitmap *bmp=new Graphics::TBitmap;
//---------------------------------------------------------------------------
class intensity
    {
public:
    char c;                 // character
    int il,ir,iu,id,ic;     // intensity of part: left,right,up,down,center
    intensity() { c=0; reset(); }
    void reset() { il=0; ir=0; iu=0; id=0; ic=0; }
    void compute(DWORD **p,int xs,int ys,int xx,int yy) // p source image, (xs,ys) area size, (xx,yy) area position
        {
        int x0=xs>>2,y0=ys>>2;
        int x1=xs-x0,y1=ys-y0;
        int x,y,i;
        reset();
        for (y=0;y<ys;y++)
         for (x=0;x<xs;x++)
            {
            i=(p[yy+y][xx+x]&255);
            if (x<=x0) il+=i;
            if (x>=x1) ir+=i;
            if (y<=x0) iu+=i;
            if (y>=x1) id+=i;
            if ((x>=x0)&&(x<=x1)
              &&(y>=y0)&&(y<=y1)) ic+=i;
            }
        // normalize
        i=xs*ys;
        il=(il<<8)/i;
        ir=(ir<<8)/i;
        iu=(iu<<8)/i;
        id=(id<<8)/i;
        ic=(ic<<8)/i;
        }
    };
//---------------------------------------------------------------------------
AnsiString bmp2txt_big(Graphics::TBitmap *bmp,TFont *font) // charcter sized areas
    {
    int i,i0,d,d0;
    int xs,ys,xf,yf,x,xx,y,yy;
    DWORD **p=NULL,**q=NULL;    // bitmap direct pixel access
    Graphics::TBitmap *tmp;     // temp bitmap for single character
    AnsiString txt="";          // output ASCII art text
    AnsiString eol="\r\n";      // end of line sequence
    intensity map[97];          // character map
    intensity gfx;

    // input image size
    xs=bmp->Width;
    ys=bmp->Height;
    // output font size
    xf=font->Size;   if (xf<0) xf=-xf;
    yf=font->Height; if (yf<0) yf=-yf;
    for (;;) // loop to simplify the dynamic allocation error handling
        {
        // allocate and init buffers
        tmp=new Graphics::TBitmap; if (tmp==NULL) break;
            // allow 32bit pixel access as DWORD/int pointer
            tmp->HandleType=bmDIB;    bmp->HandleType=bmDIB;
            tmp->PixelFormat=pf32bit; bmp->PixelFormat=pf32bit;
            // copy target font properties to tmp
            tmp->Canvas->Font->Assign(font);
            tmp->SetSize(xf,yf);
            tmp->Canvas->Font ->Color=clBlack;
            tmp->Canvas->Pen  ->Color=clWhite;
            tmp->Canvas->Brush->Color=clWhite;
            xf=tmp->Width;
            yf=tmp->Height;
        // direct pixel access to bitmaps
        p  =new DWORD*[ys];        if (p  ==NULL) break; for (y=0;y<ys;y++) p[y]=(DWORD*)bmp->ScanLine[y];
        q  =new DWORD*[yf];        if (q  ==NULL) break; for (y=0;y<yf;y++) q[y]=(DWORD*)tmp->ScanLine[y];
        // create character map
        for (x=0,d=32;d<128;d++,x++)
            {
            map[x].c=char(DWORD(d));
            // clear tmp
            tmp->Canvas->FillRect(TRect(0,0,xf,yf));
            // render tested character to tmp
            tmp->Canvas->TextOutA(0,0,map[x].c);
            // compute intensity
            map[x].compute(q,xf,yf,0,0);
            } map[x].c=0;
        // loop through image by zoomed character size step
        xf-=xf/3; // characters are usually overlaping by 1/3
        xs-=xs%xf;
        ys-=ys%yf;
        for (y=0;y<ys;y+=yf,txt+=eol)
         for (x=0;x<xs;x+=xf)
            {
            // compute intensity
            gfx.compute(p,xf,yf,x,y);
            // find closest match in map[]
            i0=0; d0=-1;
            for (i=0;map[i].c;i++)
                {
                d=abs(map[i].il-gfx.il)
                 +abs(map[i].ir-gfx.ir)
                 +abs(map[i].iu-gfx.iu)
                 +abs(map[i].id-gfx.id)
                 +abs(map[i].ic-gfx.ic);
                if ((d0<0)||(d0>d)) { d0=d; i0=i; }
                }
            // add fitted character to output
            txt+=map[i0].c;
            }
        break;
        }
    // free buffers
    if (tmp) delete tmp;
    if (p  ) delete[] p;
    return txt;
    }
//---------------------------------------------------------------------------
AnsiString bmp2txt_small(Graphics::TBitmap *bmp)    // pixel sized areas
    {
    AnsiString m=" `'.,:;i+o*%&$#@"; // constant character map
    int x,y,i,c,l;
    BYTE *p;
    AnsiString txt="",eol="\r\n";
    l=m.Length();
    bmp->HandleType=bmDIB;
    bmp->PixelFormat=pf32bit;
    for (y=0;y<bmp->Height;y++)
        {
        p=(BYTE*)bmp->ScanLine[y];
        for (x=0;x<bmp->Width;x++)
            {
            i =p[(x<<2)+0];
            i+=p[(x<<2)+1];
            i+=p[(x<<2)+2];
            i=(i*l)/768;
            txt+=m[l-i];
            }
        txt+=eol;
        }
    return txt;
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void update()
    {
    int x0,x1,y0,y1,i,l;
    x0=bmp->Width;
    y0=bmp->Height;
    if ((x0<64)||(y0<64)) Form1->mm_txt->Text=bmp2txt_small(bmp);
     else                 Form1->mm_txt->Text=bmp2txt_big  (bmp,Form1->mm_txt->Font);
    Form1->mm_txt->Lines->SaveToFile("pic.txt");
    for (x1=0,i=1,l=Form1->mm_txt->Text.Length();i<=l;i++) if (Form1->mm_txt->Text[i]==13) { x1=i-1; break; }
    for (y1=0,i=1,l=Form1->mm_txt->Text.Length();i<=l;i++) if (Form1->mm_txt->Text[i]==13) y1++;
    x1*=abs(Form1->mm_txt->Font->Size);
    y1*=abs(Form1->mm_txt->Font->Height);
    if (y0<y1) y0=y1; x0+=x1+48;
    Form1->ClientWidth=x0;
    Form1->ClientHeight=y0;
    Form1->Caption=AnsiString().sprintf("Picture -> Text ( Font %ix%i )",abs(Form1->mm_txt->Font->Size),abs(Form1->mm_txt->Font->Height));
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void draw()
    {
    Form1->ptb_gfx->Canvas->Draw(0,0,bmp);
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void load(AnsiString name)
    {
    bmp->LoadFromFile(name);
    bmp->HandleType=bmDIB;
    bmp->PixelFormat=pf32bit;
    Form1->ptb_gfx->Width=bmp->Width;
    Form1->ClientHeight=bmp->Height;
    Form1->ClientWidth=(bmp->Width<<1)+32;
    }
//---------------------------------------------------------------------------
__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner):TForm(Owner)
    {
    load("pic.bmp");
    update();
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormDestroy(TObject *Sender)
    {
    delete bmp;
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormPaint(TObject *Sender)
    {
    draw();
    }
//---------------------------------------------------------------------------
void __fastcall TForm1::FormMouseWheel(TObject *Sender, TShiftState Shift,int WheelDelta, TPoint &MousePos, bool &Handled)
    {
    int s=abs(mm_txt->Font->Size);
    if (WheelDelta<0) s--;
    if (WheelDelta>0) s++;
    mm_txt->Font->Size=s;
    update();
    }
//---------------------------------------------------------------------------

这是一个简单的表单应用程序（ Form1 ），其中包含单个TMemo mm_txt 。它加载图像"pic.bmp" ，然后根据分辨率选择用于转换为文本的方法，该文本将保存到"pic.txt"并发送到备注以进行可视化。对于那些没有VCL的用户，请忽略VCL内容，并将AnsiString替换为您拥有的任何字符串类型，并将Graphics::TBitmap替换为您拥有的具有像素访问功能的任何位图或图像类。

非常重要的一点是，此操作使用mm_txt->Font的设置，因此请确保设置：