преобразование изображений в индексированный 2-битный BMP с оттенками серого

Хорошо, я написал сценарий Python, следуя подсказкам Марка (см. Комментарии к исходному вопросу), чтобы вручную создать четырехуровневый BMP с серой шкалой с 4bpp. Эта особая конструкция формата BMP предназначена для 4,3-дюймового модуля отображения электронной бумаги, произведенного WaveShare. Технические характеристики можно найти здесь: http://www.waveshare.com/wiki/4.3inch_e-Paper

Вот как передать исходное изображение моему коду и сохранить результат.

convert in.png -colorspace gray +matte -colors 4 -depth 2 -resize '800x600>' pgm:- | ./4_level_gray_4bpp_BMP_converter.py > out.bmp

Содержание 4_level_gray_4bpp_BMP_converter.py:

#!/usr/bin/env python

"""

### Sample BMP header structure, total = 70 bytes
### !!! little-endian !!!

Bitmap file header 14 bytes
42 4D          "BM"
C6 A9 03 00    FileSize = 240,070       <= dynamic value
00 00          Reserved
00 00          Reserved
46 00 00 00    Offset = 70 = 14+56

DIB header (bitmap information header)
BITMAPV3INFOHEADER 56 bytes
28 00 00 00    Size = 40
20 03 00 00    Width = 800              <= dynamic value
58 02 00 00    Height = 600             <= dynamic value
01 00          Planes = 1
04 00          BitCount = 4
00 00 00 00    compression
00 00 00 00    SizeImage
00 00 00 00    XPerlPerMeter
00 00 00 00    YPerlPerMeter
04 00 00 00    Colours used = 4
00 00 00 00    ColorImportant
00 00 00 00    Colour definition index 0
55 55 55 00    Colour definition index 1
AA AA AA 00    Colour definition index 2
FF FF FF 00    Colour definition index 3

"""

# to insert File Size, Width and Height with hex strings in order
BMP_HEADER = "42 4D %s 00 00 00 00 46 00 00 00 28 00 00 00 %s %s 01 00 04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 04 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 55 55 55 00 AA AA AA 00 FF FF FF 00"
BMP_HEADER_SIZE = 70
BPP = 4
BYTE = 8
ALIGNMENT = 4 # bytes per row

import sys
from re import findall

DIMENTIONS = 1
PIXELS = 3

BLACK     = "0"
DARK_GRAY = "1"
GRAY      = "2"
WHITE     = "3"

# sample data:
# ['P5\n', '610 590\n', '255\n', '<1 byte per pixel for 4 levels of gray>']
# where item 1 is always P5, item 2 is width heigh, item 3 is always 255, items 4 is pixels/colours
data = sys.stdin.readlines()

width = int(data[DIMENTIONS].strip().split(' ')[0])
height = int(data[DIMENTIONS].strip().split(' ')[1])


if not width*height == len(data[PIXELS]):
    print "Error: pixel data (%s bytes) and image size (%dx%d pixels) do not match" % (len(data[PIXELS]),width,height)
    sys.exit()

colours = [] # enumerate 4 gray levels
for p in data[PIXELS]:
    if not p in colours:
        colours.append(p)
        if len(colours) == 4:
            break

# it's possible for the converted pixels to have less than 4 gray levels

colours = sorted(colours) # sort from low to high

# map each colour to e-paper gray indexes
# creates hex string of pixels
# e.g. "0033322222110200....", which is 4 level gray with 4bpp

if len(colours) == 1: # unlikely, but let's have this case here
    pixels = data[PIXELS].replace(colours[0],BLACK)
elif len(colours) == 2: # black & white
    pixels = data[PIXELS].replace(colours[0],BLACK)\
                         .replace(colours[1],WHITE)
elif len(colours) == 3:
    pixels = data[PIXELS].replace(colours[0],DARK_GRAY)\
                         .replace(colours[1],GRAY)\
                         .replace(colours[2],WHITE)
else: # 4 grays as expected
    pixels = data[PIXELS].replace(colours[0],BLACK)\
                         .replace(colours[1],DARK_GRAY)\
                         .replace(colours[2],GRAY)\
                         .replace(colours[3],WHITE)

# BMP pixel array starts from last row to first row
# and must be aligned to 4 bytes or 8 pixels
padding = "F" * ((BYTE/BPP) * ALIGNMENT - width % ((BYTE/BPP) * ALIGNMENT))
aligned_pixels = ''.join([pixels[i:i+width]+padding for i in range(0, len(pixels), width)][::-1])

# convert hex string to represented byte values
def Hex2Bytes(hexStr):
    hexStr = ''.join(hexStr.split(" "))
    bytes = []
    for i in range(0, len(hexStr), 2):
        byte = int(hexStr[i:i+2],16)
        bytes.append(chr(byte))
    return ''.join(bytes)

# convert integer to 4-byte little endian hex string
# e.g. 800 => 0x320 => 00000320 (big-endian) =>20030000 (little-endian)
def i2LeHexStr(i):
    be_hex = ('0000000'+hex(i)[2:])[-8:]
    n = 2 # split every 2 letters
    return ''.join([be_hex[i:i+n] for i in range(0, len(be_hex), n)][::-1])

BMP_HEADER = BMP_HEADER % (i2LeHexStr(len(aligned_pixels)/(BYTE/BPP)+BMP_HEADER_SIZE),i2LeHexStr(width),i2LeHexStr(height))

sys.stdout.write(Hex2Bytes(BMP_HEADER+aligned_pixels))

Изменить: все об этом дисплее электронной бумаги и моем коде для отображения на нем можно найти здесь: https://github.com/yy502/ePaperDisplay

Это работает для меня в Imagemagick 6.9.10.23 Q16 Mac OSX Sierra

Ввод:

convert logo.png -colorspace gray -depth 2 -type truecolor logo_depth8_gray_rgb.bmp

Добавление -type truecolor преобразует изображение в RGB, но в серых тонах в соответствии с -colorspace gray. А глубина 2 создает только 4 цвета на гистограмме.

identify -verbose logo_depth8_gray_rgb.bmp

Image:
  Filename: logo_depth8_gray_rgb.bmp
  Format: BMP (Microsoft Windows bitmap image)
  Class: DirectClass
  Geometry: 640x480+0+0
  Units: PixelsPerCentimeter
  Colorspace: sRGB
  Type: Grayscale
  Base type: Undefined
  Endianness: Undefined
  Depth: 8/2-bit
  Channel depth:
    red: 2-bit
    green: 2-bit
    blue: 2-bit
  Channel statistics:
    Pixels: 307200
    Red:
      min: 0  (0)
      max: 255 (1)
      mean: 228.414 (0.895742)
      standard deviation: 66.9712 (0.262632)
      kurtosis: 4.29925
      skewness: -2.38354
      entropy: 0.417933
    Green:
      min: 0  (0)
      max: 255 (1)
      mean: 228.414 (0.895742)
      standard deviation: 66.9712 (0.262632)
      kurtosis: 4.29925
      skewness: -2.38354
      entropy: 0.417933
    Blue:
      min: 0  (0)
      max: 255 (1)
      mean: 228.414 (0.895742)
      standard deviation: 66.9712 (0.262632)
      kurtosis: 4.29925
      skewness: -2.38354
      entropy: 0.417933
  Image statistics:
    Overall:
      min: 0  (0)
      max: 255 (1)
      mean: 228.414 (0.895742)
      standard deviation: 66.9712 (0.262632)
      kurtosis: 4.29928
      skewness: -2.38355
      entropy: 0.417933
  Colors: 4 <--------
  Histogram: <--------
    12730: (0,0,0) #000000 black
    24146: (85,85,85) #555555 srgb(85,85,85)
    9602: (170,170,170) #AAAAAA srgb(170,170,170)
    260722: (255,255,255) #FFFFFF white

Взгляните на https://en.wikipedia.org/wiki/BMP_file_format#File_structure. Проблема в том, что вы не указываете таблицу цветов. Согласно статье в Википедии, они являются обязательными, если битовая глубина меньше 8 бит.

Молодцы, решив проблему. Вы также можете подумать о создании личного делегата или специального делегата для ImageMagick, чтобы помочь автоматизировать процесс. ImageMagick может делегировать форматы, которые он не может обработать сам, делегатам или помощникам, таким как ваш 2-битный помощник ;-)

Вместо того, чтобы мешать общесистемным делегатам, которые, вероятно, находятся в /etc/ImageMagick/delegates.xml, вы можете создать свои собственные в $HOME/.magick/delegates.xml. Ваш будет выглядеть примерно так:

<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<delegatemap>
  <delegate encode="epaper" command="convert &quot;%f&quot; +matte -colors 4 -depth 8 -colorspace gray pgm:- | /usr/local/bin/4_level_gray_4bpp_BMP_converter.py > out.bmp"/>
</delegatemap>

Затем, если вы запустите:

identify -list delegate

вы увидите свой в списке как "известный помощник".

Все это означает, что вы сможете запускать такие команды, как:

convert a.png epaper:

и он будет делать 2-битные BMP автоматически.

Вы можете просто использовать это:

convert in.jpg -colorspace gray +matte -colors 2 -depth 1 -resize '640x384>' pgm:- > out.bmp**

У меня тоже есть этот дисплей электронной бумаги. После множества проб и ошибок я смог правильно преобразовать изображения с помощью ImageMagick, используя следующую команду:

convert -verbose INPUT.BMP -resize 300x300 -monochrome -colorspace sRGB -colors 2 -depth 1 BMP3:OUTPUT.BMP