[ImageMagick 学习] ImageMagick学习笔记

龚睿

2023-12-01

IM 用C写了一系列的command，然后由这些command 配以各种参数，搭配出种类繁多的图像处理特效。

这样做的好处是：1）层次分明；2）上层逻辑实现简单快速。

坏处是：1）用shell脚本写的特效，不方便由C代码调用；2）Shell 脚本执行效率没有C原生的快

如果对某种特效，需要频繁调用，这时就要考虑将shell 脚本由C/C++ 重写了。以下将记录这方面的学习笔记。

曾经听说过Lua 脚本和C 代码关系比较密切，考虑将shell 脚本转成Lua脚本，然后将Lua脚本“自动转成C 代码”，后来发现，这是不可能的，太天真了！并且，如果由C 调用Lua 脚本，并且频繁跨越C/Lua 边界的话，效率也很低下。于是放弃Lua 思路，只有一条路：手工将Shell 脚本转成C 代码。于是要搞清楚以下问题：

shell脚本中大量使用的convert 命令是怎么生成的，代码和Makefile 在哪？我们自己的C 代码该怎样模拟调用conert 命令？
对于众多的shell 脚本，怎样用一个统一的方法实现Shell 到C 的转换？
这些Shell 脚本是否具备“Linux 命令通道”的功能，即几个脚本串联，前一个的输出是后一个的输入？这样的串联用代码怎样高效实现？
怎样实现跨平台？

观察IM 的代码和安装后的文件，有以下发现：

1）貌似convert 命令是由wand/convert.h, wand/convert.c 生成的

2）安装了IM 之后，在 /usr/local/lib 中会有以下和IM 相关的库文件：

-rw-r--r--. 1 root root  4561412 Apr 21 20:00 libMagick++-6.Q16.a
-rwxr-xr-x. 1 root root     1123 Apr 21 20:00 libMagick++-6.Q16.la
lrwxrwxrwx. 1 root root       26 Apr 21 20:00 libMagick++-6.Q16.so -> libMagick++-6.Q16.so.1.0.0
lrwxrwxrwx. 1 root root       26 Apr 21 20:00 libMagick++-6.Q16.so.1 -> libMagick++-6.Q16.so.1.0.0
-rwxr-xr-x. 1 root root  2134069 Apr 21 20:00 libMagick++-6.Q16.so.1.0.0
-rw-r--r--. 1 root root 11540026 Apr 21 20:00 libMagickCore-6.Q16.a
-rwxr-xr-x. 1 root root     1075 Apr 21 20:00 libMagickCore-6.Q16.la
lrwxrwxrwx. 1 root root       28 Apr 21 20:00 libMagickCore-6.Q16.so -> libMagickCore-6.Q16.so.1.0.0
lrwxrwxrwx. 1 root root       28 Apr 21 20:00 libMagickCore-6.Q16.so.1 -> libMagickCore-6.Q16.so.1.0.0
-rwxr-xr-x. 1 root root  6309290 Apr 21 20:00 libMagickCore-6.Q16.so.1.0.0
-rw-r--r--. 1 root root  4043444 Apr 21 20:00 libMagickWand-6.Q16.a
-rwxr-xr-x. 1 root root     1113 Apr 21 20:00 libMagickWand-6.Q16.la
lrwxrwxrwx. 1 root root       28 Apr 21 20:00 libMagickWand-6.Q16.so -> libMagickWand-6.Q16.so.1.0.0
lrwxrwxrwx. 1 root root       28 Apr 21 20:00 libMagickWand-6.Q16.so.1 -> libMagickWand-6.Q16.so.1.0.0
-rwxr-xr-x. 1 root root  2254380 Apr 21 20:00 libMagickWand-6.Q16.so.1.0.0

3）安装了IM 之后，在 /usr/local/include/ImageMagick-6 中会有IM 的头文件，其中，/usr/local/include/ImageMagick-6/wand/convert.h 中有如下函数定义：

#if defined(__cplusplus) || defined(c_plusplus)
extern "C" {
#endif

extern WandExport MagickBooleanType
 ConvertImageCommand(ImageInfo *,int,char **,char **,ExceptionInfo *);

#if defined(__cplusplus) || defined(c_plusplus)
}
#endif

而这个ConvertImageCommand() 函数正是在 IM 解压根目录/utilities/convert.c 中真正干活的函数，也就是说，通过#include "/usr/local/include/ImageMagick-6/wand/convert.h" 和其他相关的头文件，然后link /usr/local/lib 下的某些库文件，我们就能够方便地模拟调用IM 生成的命令了。在此基础上，加上合适的上层逻辑，传入合适的参数，就能模拟IM 提供的Shell 脚本的功能了。

参照这里给出的简单例子和 /home/yasi/ImageMagick-6.8.4-10/utilities/convert.c，下面是一个调用ConvertImageCommand()的简单实现：test.cpp。

#include <wand/MagickWand.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
	ExceptionInfo   *exception;
	ImageInfo   *image_info;
	MagickBooleanType   status;

	MagickCoreGenesis(*argv,MagickTrue);
	exception=AcquireExceptionInfo();
	image_info=AcquireImageInfo();
	status=MagickCommandGenesis(image_info,ConvertImageCommand,argc,argv,(char **) NULL,exception);
	image_info=DestroyImageInfo(image_info);
	exception=DestroyExceptionInfo(exception);
	MagickCoreTerminus();
	return(status);
}

编译方式：

g++ -o test `pkg-config --cflags --libs MagickWand` test.cpp

其实，pkg-config --cflags --libs MagickWand 的执行结果是这样的：

-fopenmp -DMAGICKCORE_HDRI_ENABLE=0 -DMAGICKCORE_QUANTUM_DEPTH=16 -I/usr/local/include/ImageMagick-6  -L/usr/local/lib -lMagickWand-6.Q16 -lMagickCore-6.Q16

生成的test 可执行程序的用法和 convert 命令式一样的，如：

./test -negate ./lena_noise.jpg ./lena_converted.jpg

但是，这样是不够的，IM 的脚本中常常会多次用到某个函数，如ConvertImageCommand，或者先后用到多个函数；对于这种情况，就要搞清楚下面一些问题：

前一个函数执行完的结果能否直接通过内存对象传递给后一个函数，而不需要通过 “前一个函数保存结果为文件，后一个函数读取文件” 的方式？（如果做不到的话，就和调用脚本没多大区别了）
图像处理函数，如ConvertImageCommand 中的第一个参数，ImageInfo 结构，是否足以充当这里的 ”内存对象“ ？

这里有IM 的主要函数的详细说明，理论上可以通过这些函数实现convert 等工具的所有功能，但工作量巨大。能否找到这样一种简单的做法：

尽量多地利用IM 提供的封装好的代码，fully handle 所有命令参数，同时又不失灵活性，可以通过内存对象传递临时图像对象，从shell 脚本转译成C++代码工作量降至最低。

之所以希望这样，是因为Fred's ImageMagick Scripts 已经对IM 的命令做了大量的调优，做成了大量的效果很不错的图像处理脚本，我们不想对这些工作再从头做起，而是简单地临摹这些脚本，翻译成C++代码。

如果不考虑临摹所有的脚本，只针对个别的特性，如文字图像的二值化，可以从TEXTCLEANER 脚本和API 说明中抠出最核心的代码，从底层做起。这样的代码更紧凑，效率更高。

其实，TEXTCLEANER 脚本效果去除背景图像、将图像调整角度（水平放置）效果挺好的，并且在其页面最后给出了脚本对应的 convert 命令格式：

convert \( $infile -colorspace gray -type grayscale -contrast-stretch 0 \) \
\( -clone 0 -colorspace gray -negate -lat ${filtersize}x${filtersize}+${offset}% -contrast-stretch 0 \) \
-compose copy_opacity -composite -fill "$bgcolor" -opaque none +matte \
-deskew 40% -sharpen 0x1 \ $outfile

对于这个TEXTCLEANER 脚本，需要增强的效果是：既然已经去除背景了，只关注文字线条轮廓本身，那么可以进一步二值化，缩小图像文件尺寸。

============== 杂项，待整理 =================

ConvertImageCommand() 是在 wand/convert.c 中实现的

MagicCommandGenesis() 是在 wand/mogrify.c 中实现的

struct _ImageInfo 是在 magick/image.h 中定义的

AcquireImageInfo() 是在 magick/image.c 中实现的

magick/magick-type.h:typedef struct _Image Image; 而_Image 是magick/image.h 中定义的

FireImageStack、PushImageStack 和 PopImageStack是在wand/mogrify-private.h 中定义的宏

这里有个问题，MagickCommandGenesis(image_info,ConvertImageCommand,argc,argv,(char **) NULL,exception) 中传入的argc, argv是 int, char**类型的，所以对于字符串类型的参数，如 "./test -negate ./lena_noise.jpg ./lena_converted.jpg"，要先转成 int, char** 类型的。方法如下：

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

void split_begin(const string &sCmd, vector<char*> &args) {
        istringstream iss(sCmd);
        string token;
        args.clear();
        while(iss >> token) {
                char *arg = new char[token.size() + 1];
                copy(token.begin(), token.end(), arg);
                arg[token.size()] = '\0';
                args.push_back(arg);
        }
}

void split_end(vector<char*> &args) {
        for(int i = 0; i < args.size(); ++i) {
                delete[] args[i];
        }
        args.clear();
}

int main(int argc, char* argv[]) {
        string sCmd = "/opt/usr/bin/app -p 12300 -d 200";
        vector<char*> args;

        split_begin(sCmd, args);
        for(int i = 0; i < args.size(); ++i) {
                cout << args[i] << "~" << endl;
        }
        split_end(args);

        return 0;
}

IM 的各种类型定义是在 /usr/local/include/ImageMagick-6/magick/magick-type.h 中，如MagickRealType、Quantum、SignedQuantum、MagickSizeType、MagickBooleanType 等。

对于编译出现的下面的提示

In file included from /usr/local/include/ImageMagick-6/magick/magick-type.h:25, from main.cpp:2:
/usr/local/include/ImageMagick-6/magick/magick-config.h:29:3: warning: #warning "you should set MAGICKCORE_QUANTUM_DEPTH to sensible default set it to configure time default"
/usr/local/include/ImageMagick-6/magick/magick-config.h:30:3: warning: #warning "this is an obsolete behavior please fix your makefile"
/usr/local/include/ImageMagick-6/magick/magick-config.h:52:3: warning: #warning "you should set MAGICKCORE_HDRI_ENABLE to sensible default set it to configure time default"
/usr/local/include/ImageMagick-6/magick/magick-config.h:53:3: warning: #warning "this is an obsolete behavior please fix yours makefile"

在编译选项中加入“ -DMAGICKCORE_QUANTUM_DEPTH=16 -DMAGICKCORE_HDRI_ENABLE=1”（当然也可以设置除了16和1以外的其他值），如：

$(OBJ_DIR)/%.o : $(SRC_DIR)/%.cpp
        $(CXX) $(INC_OPT) -c -DMAGICKCORE_QUANTUM_DEPTH=16 -DMAGICKCORE_HDRI_ENABLE=1 -o $@ $<

MagickExport 是在 /usr/local/include/ImageMagick-6/magick/method-attribute.h 中定义的。

这里有简单的使用IM 代码的例子

[ImageMagick 学习] ImageMagick学习笔记

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