// ２値画像の細線化処理（Erode法）プログラム
// （２値画像は，背景(黒)：MIN_GRAY_LEVEL，図形(白)：MAX_GRAY_LEVELのグレイスケール画像とする。）
// プログラム名：skl_erode.cpp

#include "eps-header.hh"

// 元画像(src)をErode法で細線化処理して処理済画像に入れる関数
//
// Erode法
//
// (1)の細線化条件を満たす画素を背景画素に変更する。
// ..
// (4)の細線化条件を満たす画素を背景画素に変更する。
//
// (1)〜(4)を繰り返し，背景画素に変更した画素数が0となると，細線化処理を終了する。
//
//  注目画素(☆)を除く３×３領域の画素番号(Freemanのチェーンコード)
//  ┏━┳━┳━┓
//  ┃ 3┃ 2┃ 1┃
//  ┣━╋━╋━┫
//  ┃ 4┃☆┃ 0┃
//  ┣━╋━╋━┫
//  ┃ 5┃ 6┃ 7┃ ○(図形)，●(背景)
//  ┗━┻━┻━┛
//
// (1)の細線化条件　☆を●(背景)にする。☆は端点のため削ることができる。
//  ┏━┳━┳━┓ ┏━┳━┳━┓ ┏━┳━┳━┓
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//  ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫
//  ┃  ┃☆┃  ┃ ┃●┃☆┃○┃ ┃●┃☆┃○┃
//  ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫
//  ┃○┃○┃○┃ ┃  ┃○┃○┃ ┃●┃  ┃○┃
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//
// (2)の細線化条件　☆を●(背景)にする。☆は端点のため削ることができる。
//  ┏━┳━┳━┓ ┏━┳━┳━┓ ┏━┳━┳━┓
//  ┃○┃○┃○┃ ┃○┃○┃  ┃ ┃○┃  ┃●┃
//  ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫
//  ┃  ┃☆┃  ┃ ┃○┃☆┃●┃ ┃○┃☆┃●┃
//  ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫
//  ┃●┃●┃●┃ ┃  ┃●┃●┃ ┃○┃  ┃●┃
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// (3)の細線化条件　☆を●(背景)にする。☆は端点のため削ることができる。
//  ┏━┳━┳━┓ ┏━┳━┳━┓ ┏━┳━┳━┓
//  ┃○┃  ┃●┃ ┃  ┃●┃●┃ ┃●┃●┃●┃
//  ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫
//  ┃○┃☆┃●┃ ┃○┃☆┃●┃ ┃  ┃☆┃  ┃
//  ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫
//  ┃○┃  ┃●┃ ┃○┃○┃  ┃ ┃○┃○┃○┃
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// (4)の細線化条件　☆を●(背景)にする。☆は端点のため削ることができる。
//  ┏━┳━┳━┓ ┏━┳━┳━┓ ┏━┳━┳━┓
//  ┃●┃  ┃○┃ ┃  ┃○┃○┃ ┃○┃○┃○┃
//  ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫
//  ┃●┃☆┃○┃ ┃●┃☆┃○┃ ┃  ┃☆┃  ┃
//  ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫ ┣━╋━╋━┫
//  ┃●┃  ┃○┃ ┃●┃●┃  ┃ ┃●┃●┃●┃
//  ┗━┻━┻━┛ ┗━┻━┻━┛ ┗━┻━┻━┛
//
const unsigned char SKL_GRAY_LEVEL = 128;	// 細線化点を示す濃度値

const int LU_RD = 5;	// (1)の細線化条件において，基準とする○(図形)の画素番号
const int RD_LU = 1;	// (2)の細線化条件において，基準とする○(図形)の画素番号
const int RU_LD = 3;	// (3)の細線化条件において，基準とする○(図形)の画素番号
const int LD_RU = 7;	// (4)の細線化条件において，基準とする○(図形)の画素番号

const bool BACKGROUND_PIXEL = false;	// ●(背景)
const bool FIGURE_PIXEL     = true;		// ○(図形)

// 指定された方向で画像を走査し，細線化条件を満たす画素を●(背景)に変更する関数
int		// 変更された画素数(戻り値)
erode_image(
	class image& dst,	// 処理対象画像クラス(入出力)
	int   direction)	// 注目画素の３×３領域の条件判断の開始画素番号
{
	char * msg;
	switch (direction) {
		case LU_RD : msg = "(1)"; break;
		case RD_LU : msg = "(2)"; break;
		case RU_LD : msg = "(3)"; break;
		case LD_RU : msg = "(4)"; break;
	}

	bool a[8];		// 符号化された注目画素を除く３×３領域
// Freemanのチェーンコードのオフセット値
//            画素番号  0   1   2   3   4   5   6   7
	int offset_x[8] = {+1, +1,  0, -1, -1, -1,  0, +1};	// 注目画素番号からピクセル方向のオフセット
	int offset_y[8] = { 0, -1, -1, -1,  0, +1, +1, +1};	// 注目画素番号からライン方向のオフセット

	int nr_lines  = dst.get_nr_lines();		// 処理対象画像のライン数   (縦の画素数)
	int nr_pixels = dst.get_nr_pixels();	// 処理対象画像のピクセル数 (横の画素数)

	int count = 0;	// 細線化点の画素数

	for (int iy = 0; iy < nr_lines; iy ++) {
		for (int ix = 0; ix < nr_pixels; ix ++) {
			unsigned char b = dst.p[iy][ix];
			if (b == MIN_GRAY_LEVEL) continue;	// 注目画素がすでに●(背景)の場合，何もしない。

			// 注目画素を含む３×３領域を符号化する。
			for (int k = 0; k <= 7; k ++) {
				a[k] = BACKGROUND_PIXEL;
				int x = ix + offset_x[k];
				int y = iy + offset_y[k];
				if (0 <= x && x < nr_pixels &&
				    0 <= y && y < nr_lines) {
					b = dst.p[y][x];
					if (b == MAX_GRAY_LEVEL || b == SKL_GRAY_LEVEL) {
						a[k] = FIGURE_PIXEL;
					}
				}
			}

			// 細線化条件を検査する。
			for (int k = direction; k <= direction + 2; k ++) {
				// 注目画素を除く３×３領域において
				// 画素番号((k  )%8)から連続する３画素が○(図形)のとき，trueとする。
				bool fig = a[(k    ) % 8] & a[(k + 1) % 8] & a[(k + 2) % 8];

				// 注目画素を除く３×３領域において，
				// 画素番号((k+4)%8)から連続する３画素が●(背景)のとき，falseとする。
				bool bck = a[(k + 4) % 8] | a[(k + 5) % 8] | a[(k + 6) % 8];

				if(fig == true && bck == false) {
					dst.p[iy][ix] = SKL_GRAY_LEVEL;	// 「細線化点を示す濃度値」に変更する。
					count ++;
				}
			}
		}
	}

	if (count != 0) {
		//  「細線化点を示す濃度値」を●(背景)に変更する。
		printf("%sの細線化条件において背景に変更した点は，%d点ありました。\n", msg, count);
		for (int iy = 0; iy < nr_lines; iy ++) {
			for (int ix = 0; ix < nr_pixels; ix ++) {
				if (dst.p[iy][ix] == SKL_GRAY_LEVEL) dst.p[iy][ix] = MIN_GRAY_LEVEL;
			}
		}
	} else {
		printf("%sの細線化条件において背景に変更した点は，ありませんでした。\n", msg);
	}

	return count;
}


// 元画像(src)をErode法で細線化処理して処理済画像に入れる関数
void skelton_erode(
	class image& src,		// 元画像クラス(入力)
	class image& dst)		// 処理済画像クラス(出力)
{
	if (src.p == NULL) {
		printf("元画像がありません。");
		return;
	}

	printf("\n２値画像をErode法で細線化処理します。\n");

	int nr_lines  = src.get_nr_lines();		// 元画像のライン数   (縦の画素数)
	int nr_pixels = src.get_nr_pixels();	// 元画像のピクセル数 (横の画素数)
	dst.gmake(nr_lines, nr_pixels);			// 処理済画像の配列を確保

	//　２値画像をコピーする。
	for (int iy = 0; iy < nr_lines; iy ++) {
		for (int ix = 0; ix < nr_pixels; ix ++) {
			dst.p[iy][ix] = MIN_GRAY_LEVEL;
			unsigned char b = src.p[iy][ix];
			if (src.p[iy][ix] == MAX_GRAY_LEVEL) dst.p[iy][ix] = b;
		}
	}

	int times = 0;	// 細線化処理の回数
	int skl_count;	// 細線化点の画素数

	do {
		times ++;
		printf("\n細線化処理：第%d回目の処理を実行中です。\n", times);

		// (1)の細線化条件細線化条件を満たす画素を●(背景)に変更する。
		skl_count  = erode_image(dst, LU_RD);

		// (2)の細線化条件細線化条件を満たす画素を●(背景)に変更する。
		skl_count += erode_image(dst, RD_LU);

		// (3)の細線化条件細線化条件を満たす画素を●(背景)に変更する。
		skl_count += erode_image(dst, RU_LD);

		// (4)の細線化条件細線化条件を満たす画素を●(背景)に変更する。
		skl_count += erode_image(dst, LD_RU);

	} while (skl_count != 0);
}

// 元画像(src)に細線化処理した画像を重ね合わせた画像をつくる関数
void overlay(
	class image& src,		// 元画像クラス(入力)
	class image& dst)		// 細線化処理した画像クラス(入出力)
{
	printf("\n細線化処理した画像に元の２値画像をグレイにして重ね合わせます。\n");

	int nr_lines  = src.get_nr_lines();		// 元画像のライン数   (縦の画素数)
	int nr_pixels = src.get_nr_pixels();	// 元画像のピクセル数 (横の画素数)

	for (int iy = 0; iy < nr_lines; iy ++) {
		for (int ix = 0; ix < nr_pixels; ix ++) {
			if (dst.p[iy][ix] == MAX_GRAY_LEVEL) continue;
			if (src.p[iy][ix] == MAX_GRAY_LEVEL) {
				dst.p[iy][ix] = SKL_GRAY_LEVEL;
			}
		}
	}
}

// プログラムの開始位置
int main()
{
	class image src;	// 元画像クラスを宣言
	class image dst;	// 処理済画像クラスを宣言

	src.gload();		// 元画像をBMPファイルから読み込む
						// BMPファイルを指定したい場合は，
						//   src.gload("パス付きBMPファイル名");
						// とする。

	// 元画像(src)をErode法で細線化処理して処理済画像に入れる
	skelton_erode(
		src,			// 元画像クラス(入力)
		dst);			// 処理済画像クラス(出力)

	// 元画像(src)に細線化処理した画像を重ね合わせた画像をつくる。
	overlay(
		src,			// 元画像クラス(入力)
		dst);			// 処理済画像クラス(出力)

	dst.gsave();		// 処理済画像をBMPファイルに保存する
						// BMPファイルを指定したい場合は，
						//   dst.gsave("パス付きBMPファイル名");
						// とする。
}