Библиотеки для работы с изображениями c – Библиотека для работы с изображениями в C++? — Toster.ru — диспротект.рф

27.04.2019| alexxlab| Нет комментариев

Библиотеки для работы с изображениями c – Библиотека для работы с изображениями в C++? — Toster.ru

Содержание

Обзор библиотек для работы с изображениями

В мире свободного ПО идёт гигантская работа над созданием отличных приложений для работы с растровой графикой. И это значит, что существует немало бесплатных или открытых библиотек, на основе которых можно создать редактор графики.

Тем не менее, большинство приложений используют собственное ядро. Krita использует pigment для управления цветом и kritaimage для работы с растром. Точно так же, в digiKam свой класс для работы с графикой, а у GIMP своё ядро, хотя его давно собираются заменить на GEGL, ну и так далее.

Существует три общепринятых способа хранения данных изображений: мозаика (tiles), растровые строки и блобы. Мозаика используется в Krita, GIMP, библиотека JAI из Java и Photoshop, не говоря о многих других. Размер элементов мозаики в Krita — 64×64 пиксела. Растровые строки используются в новой версии Cinepaint (Glasgow) и MosfetPaint Мосфета. Блобы, насколько мне известно, используются в digiKam и, разумеется, в самом Qt: QImage сама по себе маленькая библиотека, равно как и QPainter.

Соответственно, есть три способа получить растровые данные: указатель на массивы мозаики, линии растровой развертки или блобы, указатель на копию изображения, или, если используются современные языки программирования, итераторы.

Время от времени появляются люди, которые предлагают использовать в Krita ту или иную библиотеку работы с изображениями. Раньше это было болезненным вопросом, но сейчас Krita дорос до 100.000 строк кода и собственного ядра работы с изображениями, которое может быть и не самое оптимизированное, зато очень удобное и простое.

Наиболее близкой к ядру Krita библиотекой является, пожалуй, Vigra, поскольку и Krita, и Vigra используют не мозаику с растровыми строками, а итераторы. В части использования темплейтов к нему близка Generic Image Libary компании Adobe.

Далее следует вовсе не исчерпывающий список библиотек (или приложений, если у них свои библиотеки) для обработки изображений с моей оценкой каждой из них. Этот список был подготовлен ещё в 2003 году, но сейчас ради такого случая я его обновил.

Krita

В Krita своя библиотека обработки двухмерных изображений, состоящая из менеджера мозаики, классов слоёв и KisPainter. Начиная с KOffice 2.0 библиотека цветовых пространств выделена в pigment, а библиотека обработки изображений полностью отделена от GUI. Было бы неплохо полностью отделить их от KOffice, но это не приоритетная задача.

Преимущества:

уже работает
оптимизирована для интерактивной работы
допускает работу с разными цветовыми моделями

Недостатки:

не оптимизирована (пока что)
серьёзные проблемы с большими изображениями
не поддерживается индексированный режим

GIMP

В GIMP сложное ядро, позволяющее осуществлять интерактивную манипуляцию изображениями в режиме 8бит/канал.

Преимущества:

хорошо протестировано, достаточно самоценно
оптимизировано для интерактивного использования

Недостатки:

написано на C
недоступно в виде библиотеки
зависит от glib и gtk
ограничение в 8 бит на канал
нет цветовых моделей — «прибиты гвоздями» gray8, rgb8 и, местами, индексированный режим
проблемы с обработкой действительно больших изображений

Vigra

Vigra — библиотека на C++, написанная Ульрихом Кётте (Ullrich Koetthe) в качестве демонстрации к его докторской диссертации по гибким алгоритмам обработки изображений. Читать эту диссертацию — сплошное удовольствие. Она заметно повлияла на разработку Krita, хотя мы тут скорее машем собакой, чем хвостом, в плане использования шаблонов (Боудевийн ссылается на известную поговорку «Почему собака виляет хвостом? Потому что она умнее хвоста. Если бы хвост был умнее, он сам вилял бы собакой.» — прим.пер.).

Преимущества:

работает с очень большими изображениями
поддерживает разные цветовые модели

поддерживает различную глубину цвета через C++ темплейты
современный C++
достаточно мала
хорошо документирована
интересные алгоритмы

Недостатки:

не оптимизирована для интерактивного использования
заточена под исследовательскую работу

VIPS

VIPS — библиотека на C, но с C++ интерфейсом. Она спроектирована для обработки очень больших изображений, главным образом, для исследований картин в музеях вроде Национальной Галереи (имеется в виду Национальная Галерея в Лондоне — прим. пер.). К ней прилагается графический пользовательский интерфейс на Gtk2 под названием nip2, который больше похож на Excel для обработки графики.

Преимущества:

работает с очень большими изображениями
работает с разными цветовыми моделями
поддерживает различную глубину цвета
интерфейс на C++

Недостатки:

не оптимизирована для программ, в которых рисуют (хотя доработка возможна)

очень большая

VXL

VXL — набор небольших библиотек, используемых в академических исследованиях при визуализации образов и результатов вычислений.

Преимущества:

работает с очень большими изображениями
написана на C++

Недостатки:

давно не обновлялась
использует свои базовые библиотеки, заменяющие стандартный C++
оптимизирована для простых изображений в RGB
нет лицензии
плохо документирована

CImg

CImg — прекрасная и очень маленькая библиотека, в которой реализованы действительно инновационные эффекты обработки изображений, такие как зарисовывание (inpainting) испорченных или шумных изображений. Мы используем её в расширении greycstoration в Krita.

Преимущества:

маленькая
GPL
офигенная

Недостатки:

абсолютно всё, включая GUI, живёт в одном заголовочном файле

плохо документирована

GEGL

Ожидалось, что GEGL станет ядром GIMP 2.0, но разработка застопорилась настолько, что перехода на GEGL до выхода 2.0 не произошло (как известно, его и до выхода 2.4 не произошло — прим. пер.). В целом, это попытка написать темплейтную библиотеку на C при помощи собственного языка описания операций над изображениями. Недавно Ойвинд Колас aka Pippin подобрал упавший флаг разработки. Прогресс налицо, но я всё же не уверен в том, что будет просто или вообще возможно взять и сходу портировать GIMP на GEGL.

Преимущества:

маленькая библиотека
вместе с babl поддерживаются все мыслимые цветовые модели
оптимизирована для интерактивного использования
Pippin — клёвый

Недостатки:

пока не завершена
написана на C
сложный хак вокруг факта низкоуровневости С

libart_lgpl

На самом деле, libart — не библиотека для обработки изображений, а скорее канва для рисования изображений. Он оптимизирован под векторную графику и используется в Karbon 1.x для рендеринга фигур перед выводом на экран. Karbon 2.x будет использовать Arthur. (

Вообще говоря, libart_lgpl много где используется — например, в Scribus и в GIMP. В последнем — для рендеринга контуров, хотя есть планы уйти на librsvg — прим. пер.)

Преимущества:

Раф Левьен (Raph Levien) — отличный специалист, и libart это своим качеством доказывает

Недостатки:

написана на C
в общем-то, это не библиотека обработки изображений
сложно использовать
устарела и подлежит замене на Cairo или Arthur

java2D

Java2D — более или менее полноценная библиотека для созданий «рисовательных» программ. Она позволяет работать с изображениями разных форматов, цветовыми пространствами, алгоритмами преобразования пикселов изображения и текстом. Само собой, написана она на Java, и свободная реализация пока не готова (

Есть мнение, что автор давно не смотрел в GNU Classpath — прим. пер.), да и к тому же она использует Cairo. Когда-то у меня была программа с открытым исходным кодом, основанная на Java2D, но исходники я потерял, а названия уже не помню.

Преимущества:

приятная объектно-ориентированная архитектура
полнофункциональная (даже слишком)

Недостатки:

Java
не свободна
содержит кое-какой легаси-хлам

ImageMagick/GraphicsMagick

GraphicsMagick — это ImageMagick под другой лицензией и с фокусом на стабильный API. Теперь GM и IM отличаются ещё и функциональностью. Ранее Krita активно использовал IM (ещё в 2004 можно было найти его куски в коде программы), но затем от ядра на основе IM отказались в пользу нынешнего: оказалось, что IM сложно использовать в интерактивном приложении.

Недавно мы сделали большую часть фильтров импорта и экспорта независимыми от ImageMagick и оставшийся код ради стабильности API переписали под GraphicsMagick.

Преимущества:

зрелая
интерфейс на C++
полнофункциональная
RGB и CMYK (но не более того)
лицензионно совместима с Krita
в активной разработке

Недостатки:

глубина цвета — параметр, жёстко задаваемый при компиляции
не оптимизирована для интерактивного использования

The Visualization Toolkit (VTK)

Огромная библиотека на С++ от создателей CMake для работы с двух- и трёхмерными изображениями и визуализации данных. Слишком огромная, чтобы я мог её всесторонне оценить.

Преимущества:

используется в прочих приложениях на Qt вроде Julius
вероятно, очень хороша

Недостатки:

книга с документацией к ней очень дорога
использует свой эквивалент make под названием CMake — но ладно, в наши дни это же преимущество!
очень большая

GIL

Это набор заголовочных файлов, зависящих от Boost и реализующих алгоритмы работы с изображениями. Приятно то, что GIL одинаково работает с обычными и планарными изображениями, т.е. с изображениями, где каждый канал занимает свой блок памяти, и изображениями, где пикселы пишутся один за другим в память. GIL используется в приложениях Adobe и Mission Photo (опенсорсный каталогизатор фотографий на PyGtk).

Преимущества:

в Adobe своё дело крепко знают
очень современный C++

Недостатки:

довольно сложно вникнуть
не совсем полноценная библиотека — как про неё однажды сказали, «это библиотека обобщённых парсеров и конвертеров для разнообразных типов изображений, которая позволяет обрабатывать их с такой же лёгкостью, как если бы это изображение имело простую попиксельную внутреннюю структуру»

Прочие

Библиотеки для обработки изображений или самостоятельные приложения — Perico, Digikam, Cinepaint (and Glasgow), PIL, Java Advanced Imaging API — их ещё много… Я упомянул лишь те, которые исследовал сам, когдща взялся за разработку Krita и искал библиотеку, на которой можно было бы базировать код.

Думаю, что создание собственной было правильным решением: мы многому научились и создали свои, уникальные функции. Решение использовать итераторы стоило нам производительности, но сделало разработку функционала намного проще.

В настоящее время мы заменяем архитектуру прямого наследования в библиотеке цветовых пространств на темплейты, что ещё больше упрощает написание кода поддержки новых цветовых пространств. Нам больше не понадобится целых два дня, чтобы реализовать поддержку L*a*b!

Автор: Boudewijn Rempt
Источник: http://www.valdyas.org/fading/index.cgi/software/image_libraries.html?seemore=y

digilinux.ru

Как работать с изображениями | Laboratory of Mathematical Methods of Image Processing

Не стоит работать на низком уровне с изображениями через системные функции

Системные типы и классы HBITMAP, Bitmap и им подобные рассчитаны, в первую очередь, на вывод на экран. Для них существует множество функций рисования геометрических примитивов, вывода текста, но при этом отсутствует прямой доступ к пикселям изображения. Функции Bitmap::GetPixel и им подобные работают непозволительно долго.

Оптимальным вариантом является работа с изображением непосредственно в памяти. Это можно сделать двумя способами:

Написав свои классы для работы с изображениями. Особенно полезно это будет для тех, кто не имеет достаточного опыта программирования.
Через DIB (device independent bitmap). Данный способ рекомендуется в случае, когда помимо прямого доступа к пискелям изображения нужно рисовать на нём с помощью GDI-функций.

Работайте с пикселями в формате float, а не byte

Экономия памяти важна при написании коммерческого кода, но не при разработке математических методов обработки изображений. Использование float имеет следующие преимущества перед byte:

Отсутствие ошибок, связанных с переполнением при выходе за границы диапазона [0, 255]
Не накапливаются ошибки округления.
Многие алгоритмы значительно проще реализуются при использовании типа float, например, Canny edge detection. Некоторые алгоритмы вообще не могут быть реализованы при использовании типа byte для пикселя.

Более того, в современных процессорах работа с float будет производиться быстрее, чем с byte.

Делайте обход по изображениям в правильном порядке

Двумерные изображения хранятся в памяти в виде одномерных массивов. Обычно они записываются построчно: сначала идёт 0-я строка, затем 1-я и т.д. Последовательный доступ к памяти осуществляется быстрее, чем произвольный. Поэтому обход по изображению нужно делать так, чтобы доступ к памяти был последовательный: во внешнем цикле производится обход по вертикали, а во внутреннем — по горизонтали:

for (int y = 0; y for (int x = 0; x ...

Также стоит быть аккуратным при использовании двумерных массивов в C# (а лучше вообще их не использовать, написав класс-обёртку для одномерных массивов): в них первый индекс — это строка (Y-координата), а вторая — столбец (X).

Вы всегда можете ознакомиться с форматами графических файлов и написать свои функции (классы, библиотеки) для чтения и сохранения изображений в желаемых форматах. Однако если для формата BMP написание подобных функций не составляет труда, то для более популярных форматов, таких как JPEG и PNG, написание своего декодера — идея не из лучших.

Существует множество сторонних библиотек для работы с изображениями в C++, которые можно использовать для загрузки и сохранения и загрузки изображений, однако в системе Windows для этих задач можно использовать встроенную библиотеку GDI+. Общий принцип работы такой: загрузить изображение в класс Gdiplus::Bitmap, получить прямой доступ к пикселям изображения и преобразовать изображение во внутреннее представление.

Ниже приложены проекты для Microsoft Visual Studio 2010, в которых реализованы функции чтения и записи изображений:

imaging.cs.msu.ru

Как работать с изображениями | Laboratory of Mathematical Methods of Image Processing

Не стоит работать на низком уровне с изображениями через системные функции

Написав свои классы для работы с изображениями. Особенно полезно это будет для тех, кто не имеет достаточного опыта программирования.
Через DIB (device independent bitmap). Данный способ рекомендуется в случае, когда помимо прямого доступа к пискелям изображения нужно рисовать на нём с помощью GDI-функций.

Работайте с пикселями в формате float, а не byte

Отсутствие ошибок, связанных с переполнением при выходе за границы диапазона [0, 255]
Не накапливаются ошибки округления.
Многие алгоритмы значительно проще реализуются при использовании типа float, например, Canny edge detection. Некоторые алгоритмы вообще не могут быть реализованы при использовании типа byte для пикселя.

Более того, в современных процессорах работа с float будет производиться быстрее, чем с byte.

Делайте обход по изображениям в правильном порядке

for (int y = 0; y for (int x = 0; x ...

Ниже приложены проекты для Microsoft Visual Studio 2010, в которых реализованы функции чтения и записи изображений:

imaging.cs.msu.ru

Библиотеки для 2D рисования на C/C++

Ниже рассмотрены библиотеки на C/C++, которые могут быть использованы в основе разработки библиотеки для генерации 2D финансовых графиков и индикаторов технического анализа.

Основными требованиями являются:

Наличие C/C++ API.
Наличие адекватной документации с примерами.
Наличие Python-пакета для экспериментов.
Относительно высокая скорость работы Python-пакета при рисовании >30000 линий.
Правильная работа со шрифтами, поддержка пиксельных шрифтов и возможность отключения сглаживания.

Итог к рассмотрению:

Pillow для работы в Python — быстрый, наличие документации.
gMagick++ или Magick++ для расширения C/C++ — быстрые, хорошо документированы на сайте ImageMagick.
SKIA или Cairo для работы с векторной графикой.

GraphicsMagic (Magick++)

Расширение для C++ форка GraphicsMagick библиотеки ImageMagick. С помощью библиотеки можно рисовать, обрабатывать картинки и сохранять в различных форматах. В отличии от родителя (IMagick) разработчики делают упор на производительности, оптимизации и безопасности.

Сайт: http://www.graphicsmagick.org/
Примеры: http://www.imagemagick.org/Magick++/Image++.html

Расширение для C++: http://www.graphicsmagick.org/Magick++/
Расширение для Python: https://github.com/hhatto/pgmagick

Python-пакет PgMagick может работать как с GraphicsMagick, так и с ImageMagick. Библиотека интегрирована в Python с помощью Python-Boost. В отличие от Wand-Py работает в десятки раз быстрее, но при этом имеет худшую документацию для Python (надо все искать в документации C++-расширения Magick++).

ImageMagick (Magick++)

Расширение для C++ популярной библиотеки ImageMagick (IMagick). С помощью библиотеки можно рисовать, обрабатывать картинки и сохранять в различных форматах.

Сайт: http://imagemagick.org/script/index.php
Примеры: http://www.imagemagick.org/Magick++/Image++.html

Расширение для C++: http://imagemagick.org/Magick++/
Расширение для Python: http://docs.wand-py.org/
Пример IPython: https://gist.github.com/emcconville/a0dd134bfa2b12c96377

Wand-Py работает крайне медленно по сравнению с Pillow (форк стандартной библиотеки PIL для Python). Не удалось решить проблемы со шрифтами (добавляет сглаживание и размытие).

Cairo

Библиотека написанная на C для рендеринга векторной графики. Содержит функции для рисования двумерных изображений. Преимуществом отмечается (на форумах) хорошая документация. Работает медленнее SKIA (есть сравнение в интернете).

Сайт: https://www.cairographics.org/
Примеры: https://www.cairographics.org/samples/

Расширение для C++: https://www.cairographics.org/cairomm/
Расширение для Python: http://pythonhosted.org/cairocffi/

SKIA

Графическая библиотека написанная на C++ для рендеринга векторной графики. Используется в Google Chrome, Chrome OS, Mozilla Firefox, Android. Поддерживается Google. Куцая документация, но есть примеры. По сравнению с Cairo работает быстрее.

Сайт: https://skia.org/
Примеры: https://skia.org/user/api/skcanvas

Расширение для Python: https://github.com/expobrain/python-skia

AGG (Anti-Grain)

Библиотека растровой графики написанная на C++. Последняя версия выпущена в 2006 году. Есть предположение, что данная библиотека лежит в основе PIL для Python (и Pillow).

Сайт: http://www.antigrain.com/

GD

Библиотека для работы с растровой графикой написанная на C. Популярна в PHP. В Python с похожим функционалом доступен пакет Pillow, который и рекомендуется использовать.

Сайт: https://libgd.github.io/
Примеры: https://libgd.github.io/pages/faq.html

Расширение для Python: https://github.com/Solomoriah/gdmodule

Pillow (Python-пакет)

Форк стандартной библиотеки PIL для Python. Работает быстро. Корректно работает со шрифтами. Документации мало, но разобраться можно.

Сайт: http://pillow.readthedocs.io/
Примеры: http://pillow.readthedocs.io/en/3.3.x/reference/ImageDraw.html

Другое

Группированный список различных библиотек для C/C++ с кратким описанием и ссылкой на источник.

https://github.com/fffaraz/awesome-cpp

VKontakte

Facebook

Twitter

quantrum.me

"ДИС-Протект"