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C++Builder 影像特效處理實作：柔化、銳化、浮雕演算法與像素級優化

編輯：關於C++

C++Builder 的 TCanvas::Pixels 屬性雖方便存取單一像素，但逐點呼叫極其低效。本文展示以 ScanLine 逐行存取、3x3 卷積核為基礎的三種經典影像特效——柔化（平滑）、銳化、浮雕——的完整實作，並說明邊界處理、數值飽和、效能優化要點。

一、資料結構與前置作業

struct RGB { BYTE r, g, b; };
RGB** rgb;           // [width][height] 原始像素快取
Graphics::TBitmap* bmpDst; // 輸出位圖
int w, h;

void __fastcall TForm1::LoadImage() {
    if (!OpenPictureDialog1->Execute()) return;
    Image1->Picture->LoadFromFile(OpenPictureDialog1->FileName);
    w = Image1->Width; h = Image1->Height;
    rgb = new RGB*[w];
    for (int x=0; xPicture->Bitmap->ScanLine[y];
        for (int x=0; xWidth = w; bmpDst->Height = h;
    bmpDst->PixelFormat = pf24bit;
}

二、通用 3x3 卷積框架

void ApplyKernel(const int kernel[3][3], int divisor, int bias = 0) {
    for (int y=1; yScanLine[y];
        for (int x=1; x255)?255:r;
            g = (g<0)?0:(g>255)?255:g;
            b = (b<0)?0:(b>255)?255:b;
            dst[x*3+2] = r; dst[x*3+1] = g; dst[x*3+0] = b; // BGR
        }
    }
    Image1->Picture->Bitmap->Assign(bmpDst);
}

三、三大特效核心參數

特效	卷積核	除數	偏移	說明
柔化	全 1，中心 8（或全 5，中心 60）	9 (或 100)	0	鄰域平均，降低高頻雜訊
銳化	對角線差分：中心 1+degree，對角 -degree	1	0	增強邊緣，degree=0.3~0.5
浮雕	對角線差分：中心 1，對角 -1	1	128	凸顯輪廓，灰階中性

具體呼叫範例

// 柔化
void __fastcall TForm1::btnSmoothClick(TObject*) {
    int k[3][3] = {{5,5,5},{5,60,5},{5,5,5}};
    ApplyKernel(k, 100);
}

// 銳化
void __fastcall TForm1::btnSharpenClick(TObject*) {
    float d = 0.3f;
    int k[3][3] = {{0,0,0},{0,1+d,-d},{0,0,0}}; // 簡化版：僅用左上對角
    // 完整版需 3x3 浮點核，此處示範整數近似
    ApplyKernel(k, 1);
}

// 浮雕
void __fastcall TForm1::btnEmbossClick(TObject*) {
    int k[3][3] = {{-1,-1,0},{-1,1,1},{0,1,1}};
    ApplyKernel(k, 1, 128);
}

四、效能優化關鍵

ScanLine 取代 Pixels：Pixels[x][y] 每次觸發邊界檢查與格式轉換，ScanLine 直接操作記憶體，快 50~100 倍。
整數運算避免浮點：核心權重放大 100 倍存為 int，最後除以 100。
查表法飽和：預計算 BYTE clamp[512] 替代 if 分支。
多執行緒分塊：OpenMP #pragma omp parallel for 處理不同掃描線區段。
SIMD 內建函數：MSVC __m128i 並行處理 8 個像素。