彩色转灰度算法
一、基础
对于彩色转灰度。有一个非常著名的心理学公式：
Gray = R*0.299 + G*0.587 + B*0.114
二、整数算法
而实际应用时，希望避免低速的浮点运算，所以须要整数算法。
注意到系数都是3位精度的没有。我们能够将它们缩放1000倍来实现整数运算算法：
Gray = (R*299 + G*587 + B*114 + 500) / 1000
RGB通常是8位精度。如今缩放1000倍。所以上面的运算是32位整型的运算。
注意后面那个除法是整数除法，所以须要加上500来实现四舍五入。
就是因为该算法须要32位运算，所以该公式的还有一个变种非常流行：
Gray = (R*30 + G*59 + B*11 + 50) / 100
可是，虽说上一个公式是32位整数运算，可是依据80x86体系的整数乘除指令的特点。是能够用16位整数乘除指令来运算的。并且如今32位早普及了（AMD64都出来了），所以推荐使用上一个公式。
三、整数移位算法
上面的整数算法已经非常快了，可是有一点仍制约速度。就是最后的那个除法。
移位比除法快多了，所以能够将系数缩放成 2的整数幂。
习惯上使用16位精度，2的16次幂是65536。所以这样计算系数：
0.299 * 65536 = 19595.264 ≈ 19595
0.587 * 65536 + (0.264) = 38469.632 + 0.264 = 38469.896 ≈ 38469
0.114 * 65536 + (0.896) = 7471.104 + 0.896 = 7472
可能非常多人看见了，我所使用的舍入方式不是四舍五入。四舍五入会有较大的误差，应该将曾经的计算结果的误差一起计算进去。舍入方式是去尾法：
写成表达式是：
Gray = (R*19595 + G*38469 + B*7472) >> 16
2至20位精度的系数：
Gray = (R*1 + G*2 + B*1) >> 2
Gray = (R*2 + G*5 + B*1) >> 3
Gray = (R*4 + G*10 + B*2) >> 4
Gray = (R*9 + G*19 + B*4) >> 5
Gray = (R*19 + G*37 + B*8) >> 6
Gray = (R*38 + G*75 + B*15) >> 7
Gray = (R*76 + G*150 + B*30) >> 8
Gray = (R*153 + G*300 + B*59) >> 9
Gray = (R*306 + G*601 + B*117) >> 10
Gray = (R*612 + G*1202 + B*234) >> 11
Gray = (R*1224 + G*2405 + B*467) >> 12
Gray = (R*2449 + G*4809 + B*934) >> 13
Gray = (R*4898 + G*9618 + B*1868) >> 14
Gray = (R*9797 + G*19235 + B*3736) >> 15
Gray = (R*19595 + G*38469 + B*7472) >> 16
Gray = (R*39190 + G*76939 + B*14943) >> 17
Gray = (R*78381 + G*153878 + B*29885) >> 18
Gray = (R*156762 + G*307757 + B*59769) >> 19
Gray = (R*313524 + G*615514 + B*119538) >> 20
细致观察上面的表格，这些精度实际上是一样的：3与4、7与8、10与11、13与14、19与20
所以16位运算下最好的计算公式是使用7位精度，比先前那个系数缩放100倍的精度高，并且速度快：
Gray = (R*38 + G*75 + B*15) >> 7
事实上最有意思的还是那个2位精度的，全然能够移位优化：
Gray = (R + (WORD)G<<1 + B) >> 2
因为误差非常大，所以做图像处理绝不用该公式（最经常使用的是16位精度）。但对于游戏编程，场景经常变化，用户一般不可能观察到颜色的细微区别。所以最经常使用的是2位精度。
c#代码
/// <summary>
/// 彩色图片转换成灰度图片代码
/// </summary>
/// <param name="img">源图片</param>
/// <returns></returns>
public Bitmap BitmapConvetGray(Bitmap img)
{
int h = img.Height;
int w = img.Width;
int gray = 0; //灰度值
Bitmap bmpOut = new Bitmap(w, h, PixelFormat. Format24bppRgb); //每像素3字节
BitmapData dataIn = img.LockBits(new Rectangle(0, 0, w, h), ImageLockMode.ReadOnly, PixelFormat.Format24bppRgb);
BitmapData dataOut = bmpOut.LockBits(new Rectangle(0, 0, w, h), ImageLockMode.ReadWrite, PixelFormat.Format24bppRgb);
unsafe
{
byte* pIn = (byte*)(dataIn.Scan0.ToPointer()); //指向源文件首地址
byte* pOut = (byte*)(dataOut.Scan0.ToPointer()); //指向目标文件首地址
for (int y = 0; y < dataIn.Height; y++) //列扫描
{
for (int x = 0; x < dataIn.Width; x++) //行扫描
{
gray = (pIn[0] * 19595 + pIn[1] * 38469 + pIn[2] * 7472) >> 16; //灰度计算公式
pOut[0] = (byte)gray; //R分量
pOut[1] = (byte)gray; //G分量
pOut[2] = (byte)gray; //B分量
pIn += 3; pOut += 3; //指针后移3个分量位置
}
pIn += dataIn.Stride - dataIn.Width * 3;
pOut += dataOut.Stride - dataOut.Width * 3;
}
}
bmpOut.UnlockBits(dataOut);
img.UnlockBits(dataIn);
return bmpOut;
}
注：
理解Stride：如果有一张图片宽度为6，因为是Format24bppRgb格式（每像素3字节。否则Bitmap默认24位RGB）的，显然，每一行须要6*3=18个字节存储。对于Bitmap就是如此。
但对于C# BitmapData。尽管BitmapData.Width还是等于Bitmap.Width，但大概是出于显示性能的考虑，每行的实际的字节数将变成大于等于它的那个离它近期的4的整倍数，此时的实际字节数就是Stride.就此例而言，18不是4的整倍数，而比18大的离18近期的4的倍数是20。所以这个BitmapData.Stride = 20.显然。当宽度本身就是4的倍数时。BitmapData.Stride = Bitmap.Width * 3.画个图可能更好理解。
R、G、B 分别代表3个原色分量字节。BGR就表示一个像素。为了看起来方便在每一个像素之间插了个空格，实际上是没有的。
X表示补足4的倍数而自己主动插入的字节。
为了符合人类的阅读习惯分行了。事实上在计算机内存中应该看成连续的一大段。
该代码在VS2008中编译通过。当使用unsafekeyword时。项目的属性-->生成-->勾选"同意使用不安全代码"
delphi7代码
procedure Convert2Gray(Cnv: TCanvas);
var X, Y, jj: Integer;
Color: LongInt;
R, G, B, Gr: Byte;
begin
with Cnv do
for X := Cliprect.Left to Cliprect.Right do
for Y := Cliprect.Top to Cliprect.Bottom do
begin
Color := ColorToRGB(Pixels[X, Y]);
B := (Color and $FF0000) shr 16;
G := (Color and $FF00) shr 8;
R := (Color and $FF);
Gr := HiByte(R * 77 + G * 151 + B * 28);
jj := gr;
Gr := Trunc(B * 0.11 + G * 0.59 + R * 0.3);
Pixels[X, Y] := RGB(Gr, Gr, Gr);
end;
end;
function RGB(R, G, B: Byte): TColor;
begin
Result := B shl 16 or G shl 8 or R;
end;
procedure TfrmDemo.Button1Click(Sender: TObject);
begin
Screen.Cursor := crHourGlass;
Convert2Gray(Image1.Picture.Bitmap.Canvas);
Screen.Cursor := crDefault;
end;
