libpng 为 16b/通道 truecolour ImageMagick 图像返回无效数据

Question

我有一个每通道 16 位的真彩色图像（由 ImageMagick 创建），我想将其读入单独的 R、G、B 平面。问题在于生成的 16 位像素值简单地复制了结果中的低字节和高字节。如果红色分量的近似值为0x42，例如我的libpng代码实际上returns一个值为0x4242.

我的第一个问题是我不太相信输入实际上有 16 位像素。这就是 identify -verbose returns:

   Type: TrueColor    
   Endianess: Undefined    
   Colorspace: RGB
   Depth: 16/8-bit    
   Channel depth:
      red: 8-bit
      green: 8-bit
      blue: 8-bit    
   Channel statistics:
      Red:
       min: 0 (0)
       max: 65535 (1)
   Properties:
      PNG:IHDR.bit_depth       : 16
      PNG:IHDR.color_type      : 2

这张图片真的有我可以提取的 16 位数据吗？如果是这样，如何？我的libpng读取代码基本上是这样做的（在确认png_get_color_type returns 2, and png_get_bit_depth returns 16之后）：

   png_uint_32 rowbytes = png_get_rowbytes(png, info);
   image        = (png_byte *) xmalloc(height * rowbytes);
   row_pointers = (png_bytep*) xmalloc(sizeof(png_bytep) * height);

   for(int i = 0; i < (int)height; i++)
      row_pointers[i] = image + (i*rowbytes);

   png_read_image(png, row_pointers);

我将 image 分成 RGB 平面的代码是这样做的：

   uint16_t *src = (uint16_t*) image;   // libpng composite image
   uint16_t *rplane, *gplane, *bplane;  // separate planar channels
   ...
   for(size_t i=0; i<nrows; i++) {
      for(size_t j=0; j<ncols; j++) {
         *rplane++ = *src++;
         *gplane++ = *src++;
         *bplane++ = *src++;
      }
   }

所以这里假设libpng返回的48位像素数据是16b R，然后是16b B，然后是16b G。

如果我将图像读入 Matlab，它会报告说由于 ImageMagick 的限制，它只能读取 8-b 像素。如果 Matlab 报告像素 (x,y) 有一个0x42 的红色分量，例如，上面的 libpng 代码报告它的值为 0x4242。然而，Matlab 和上面的 libpng 代码同意所有像素的 RGB 值，除了 Matlab 将它们全部报告为单个 8 位分量，并且 libpng 代码在每个像素中重复此值两次16 位组件。

有什么想法吗？谢谢。

编辑

非详细 identify 输出：

> identify in.png
in.png PNG 2776x2776 2776x2776+0+0 16-bit DirectClass 14.35MB 0.000u 0:00.000

Answer 1

如果我制作一张 1000x1000 的图像，其中充满难以压缩的随机数据，它的大小为 5.7MB（正如您对 100 万像素的 16 位红色、16 位绿色和 16 位蓝色）并根据 identify:

显示为 16 位

convert -size 1000x1000! xc:gray +noise random image.png

ls -lhrt
-rw-r--r--      1 mark  staff   5.7M 18 Jan 16:59 image.png

identify image.png
image.png PNG 1000x1000 1000x1000+0+0 16-bit sRGB 6.011MB 0.000u 0:00.000

如果我现在用 8 位像素做同样的事情：

convert -size 1000x1000! xc:gray +noise random -depth 8 image.png

它在 identify 中显示为 8 位，占 space 的一半：

identify image.png
image.png PNG 1000x1000 1000x1000+0+0 8-bit sRGB 3.006MB 0.000u 0:00.000

ls -lhrt
-rw-r--r--      1 mark  staff   2.9M 18 Jan 17:01 image.png

所以我推断 identify 说的是实话，我很确定你的图片实际上不是 16 位的。你是如何创建它的？

根据 Glenn 的回答，我想一个解决方法可能是在所有三个通道中将图像的 top-left 或右下角像素设置为质数，例如 65,521，这应该可以有效防止任何图像可以存储在一个字节中！并在后续处理中忽略该像素，或者如果您迫切需要它的值，请添加一行额外的虚拟数据。

Answer 2

"identify" 报告中的 "Depth: 16/8-bit" 行表示图像以 16 位样本存储，但使用 8 位可以无损地表示所有像素。也就是说，每个像素的每个分量都有一个高字节等于其低字节的值（即，具有可被 257 整除的值）。

例如，对于此 PPM 图片

P3 2 2 65535
    0     0     0
32896 32896 32896
32896 32896 32896
65535 65535 65535

样本都可以被257整除并且识别-verbose file.ppm 报告

Depth: 16/8-bit
  Channel depth:
    gray: 8-bit

但是，如果您将最后一行更改为“65535 65535 65534”，然后识别 -verbose file.ppm 报告

Depth: 16-bit
  Channel depth:
    red: 8-bit
    green: 8-bit
    blue: 16-bit

要了解图像实际上是如何存储在 PNG 文件中的，您必须查看 "identify" 显示的 PNG:IHDR 属性。或者您可以使用 "pngcheck" 获取有关 PNG 文件内容的真实报告。

样本缩放的解释在 PNG specification。当从 8 位样本缩放到 16 位样本时，ImageMagick 通过简单地乘以或除以 257.0 来实现这一点，反之亦然。请参阅 ImageMagick 源代码中的 "ScaleQuantumToShort()" 和 "ScaleShortToQuantum()" 内联函数。

libpng 为 16b/通道 truecolour ImageMagick 图像返回无效数据

libpng returning invalid data for 16b/channel truecolour ImageMagick images

imagemagick

libpng