Mapra: C++ Teil 7. Felix Gruber. 3. Juni IGPM, RWTH Aachen. Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3.

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1 Mapra: C++ Teil 7 Felix Gruber IGPM, RWTH Aachen 3. Juni 2015 Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

2 Themen vom letzten Mal Wiederholung Klassen this-pointer Virtuelle Methoden Kommandozeilenparameter Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

3 Heutige Themen 1 Ein-/Ausgabe über Dateien File Streams Beispiel mit Matrixklasse Byteweise Einlesen von Dateien 2 Bildbearbeitung Bildklasse GreyScale ASCII-PGM-Format Pixelweise Operatoren zur Bildverarbeitung Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

4 File Streams: Ein-/ Ausgabe über Dateien Zuerst header-datei für file streams einbinden #include <fstream> Öffnen des file streams zur Ein- bzw. Ausgabe ifstream ifs ; ifs. open ( " mydata. txt " ); ofstream ofs ( " results. dat " ); gewohnte Verwendung von Ein- und Ausgabeoperator (wie mit cin und cout) ifs >> a; ofs << " Das Ergebnis lautet " << f( x ) << ".\n"; Schließen des file streams nach Verwendung ifs.close(); ofs.close() Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

5 Einlesen Eingabeoperator >> erwartet, dass Daten durch Whitespace getrennt sind (Leerzeichen, Tabulator, Zeilenumbruch) Abfrage des Stream-Status: ifs.good() : Stream bereit zum Lesen ifs.eof( ) : Ende der Datei (end of file) erreicht ifs.fail() : letzte Leseoperation nicht erfolgreich ifs.clear(): setzt Status zurück, ermöglicht weiteres Lesen Leseoperation >> wird nur bei good-status durchgeführt Beispiel: ifstream ifs ( " input. txt " ); double d; int i; string s; Datei input.txt: Hallo ifs >> d >> i; // good ifs >> i; // fail ifs. clear (); // good ifs >> s; // good ifs >> s; // fail eof Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

6 Beispiel mit Matrixklasse Wir können ein Dateiformat für unsere Matrixklasse anlegen, um Matrizen zu speichern. In der Datei A.mat wird die Matrix A = folgendermaßen gespeichert: Datei A.mat: R 5 5 Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

7 Beispiel mit Matrixklasse Einlesen der Matrix A aus der Datei A.mat: ifstream ifs ( "A. mat " ); int zeilen, spalten ; ifs >> zeilen ; ifs >> spalten ; Matrix A( zeilen, spalten ); for ( int i = 0; i < zeilen ; ++ i ) for ( int j = 0; j < spalten ; ++ j ) ifs >> A( i, j ); Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

8 Beispiel mit Matrixklasse Einlesen der Matrix A aus der Datei A.mat: ifstream ifs ( "A. mat " ); int zeilen, spalten ; ifs >> zeilen ; ifs >> spalten ; Matrix A( zeilen, spalten ); for ( int i = 0; i < zeilen ; ++ i ) for ( int j = 0; j < spalten ; ++ j ) ifs >> A( i, j ); Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

9 Beispiel mit Matrixklasse Auslesen der Matrix B = A A in die Datei B.mat: ofstream ofs ( "B. mat " ); ofs << B. Zeilen () << endl ; ofs << B. Spalten () << endl ; for ( int i = 0; i < B. Zeilen (); ++ i ) { for ( int j = 0; j < B. Spalten (); ++ j ) ofs << B( i, j ) << " "; ofs << endl ; } Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

10 Beispiel mit Matrixklasse Auslesen der Matrix B = A A in die Datei B.mat: ofstream ofs ( "B. mat " ); ofs << B. Zeilen () << endl ; ofs << B. Spalten () << endl ; for ( int i = 0; i < B. Zeilen (); ++ i ) { for ( int j = 0; j < B. Spalten (); ++ j ) ofs << B( i, j ) << " "; ofs << endl ; } Datei B.mat: Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

11 Funktionen zum Einlesen von Dateien Wir betrachten verschiedene Möglichkeiten für das Einlesen der Datei test.txt: Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

12 Funktionen zum Einlesen von Dateien Wir betrachten verschiedene Möglichkeiten für das Einlesen der Datei test.txt: Hier werden whitespaces (Leerzeichen, Umbrüche,...) als Trenner der Integers 753, 1706, 1789,... interpretiert: ifstream Istr ( " test. txt " ); int n; Istr >> n; cout << n << endl ; // 753 Istr >> n; cout << n << endl ; // 1706 Istr >> n; cout << n << endl ; // 1789 Istr >> n; cout << n << endl ; // 999 Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

13 Funktionen zum Einlesen von Dateien Wir betrachten verschiedene Möglichkeiten für das Einlesen der Datei test.txt: Die Funktion get() liest den nächsten character ein. Auch Leerzeichen (32), Umbrüche (10),... sind character! ifstream Istr ( " test. txt " ); int n; n = Istr. get (); cout << n << endl ; // 55 ( 7 ) n = Istr. get (); cout << n << endl ; // 53 ( 5 ) n = Istr. get (); cout << n << endl ; // 51 ( 3 ) n = Istr. get (); cout << n << endl ; // 32 ( ) Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

14 Funktionen zum Einlesen von Dateien Wir betrachten verschiedene Möglichkeiten für das Einlesen der Datei test.txt: Wenn wir char n statt int n verwenden, wird die ASCII-Repräsentation der character ausgegeben: ifstream Istr ( " test. txt " ); char n; n = Istr. get (); cout << n << endl ; // 7 n = Istr. get (); cout << n << endl ; // 5 n = Istr. get (); cout << n << endl ; // 3 n = Istr. get (); cout << n << endl ; // /* Leerzeichen */ Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

15 Funktionen zum Einlesen von Dateien Wir betrachten verschiedene Möglichkeiten für das Einlesen der Datei test.txt: Mit >> werden ebenfalls einzelne character nach char n eingelesen, Leerzeichen/Umbrüche werden allerdings übersprungen! ifstream Istr ( " test. txt " ); char n; Istr >> n; cout << n << endl ; // 7 Istr >> n; cout << n << endl ; // 5 Istr >> n; cout << n << endl ; // 3 Istr >> n; cout << n << endl ; // 1 Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

16 Funktionen zum Einlesen von Dateien Wir betrachten verschiedene Möglichkeiten für das Einlesen der Datei test.txt: Die Funktion peek() arbeitet wie get(), entfernt das Zeichen allerdings nicht aus dem Stream. ifstream Istr ( " test. txt " ); char n; n = Istr. peek (); cout << n << endl ; // 7 n = Istr. peek (); cout << n << endl ; // 7 n = Istr. get (); cout << n << endl ; // 7 n = Istr. peek (); cout << n << endl ; // 5 Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

17 Funktionen zum Einlesen von Dateien Mittels Istr >> ws werden alle whitespaces am Anfang des Streams entfernt. Als Beispiel betrachten wird die folgende Datei test.txt: und lesen alle Nicht-whitespace-Zeichen aus: ifstream Istr ( " test. txt " ); string s; char ch; while (! Istr. eof () ) { Istr >> ws; // whitespace entfernen Istr >> ch; // naechsten char einlesen s += ch; // s = s + ch ( hinten anhaengen ) } cout << s << endl ; // 0123 Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

18 Bildklasse GreyScale Ein Graustufenbild ist horizontal und vertikal in Bildpunkte (Pixel) eingeteilt, deren Helligkeit jeweils im Intervall [0, 1] liegt. Als Datentyp für die Pixel wird float verwendet. Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

19 Bildklasse GreyScale Ein Graustufenbild ist horizontal und vertikal in Bildpunkte (Pixel) eingeteilt, deren Helligkeit jeweils im Intervall [0, 1] liegt. Als Datentyp für die Pixel wird float verwendet. Ein Graustufenbild entspricht somit einer float-matrix: Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

20 Bildklasse GreyScale In der Klasse GreyScale werden u.a. die Anzahl der Pixel in horizontale Richtung (width), die Anzahl der Pixel in vertikale Richtung (height) und die float-matrix aller Pixel gespeichert: greyscale.h: class GreyScale { private : int width, height ; float * pixels ;... } Ein Objekt der Klasse GreyScale entspricht also einem Bild, z.b. GreyScale Smiley ( 12, 12 ); // Smiley besteht aus 12 x 12 Pixeln Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

21 ASCII-PGM-Format Das Portable GreyMap-Format (.pgm) beinhaltet ebenfalls eine Matrix aller Pixel, allerdings mit ganzzahligen Werten: smiley.pgm: P2 # magic number # width, height ( wie in GreyScale ) 255 # Farbtiefe ( d. h. 255 = weiss, 0 = schwarz ) Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

22 GreyScale PGM PGM-Format Farbtiefe d, d.h. insgesamt d + 1 Farben: 0, 1,..., d, 0 = schwarz, d = weiß. In Greyscale also 0 = 0 d, 1 d,..., d d = 1. Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

23 GreyScale PGM PGM-Format Farbtiefe d, d.h. insgesamt d + 1 Farben: 0, 1,..., d, 0 = schwarz, d = weiß. In Greyscale also 0 = 0 d, 1 d,..., d d = 1. GreyScale Jeder Pixel ist ein float im Intervall [0, 1], 0 = schwarz, 1 = weiß. Umrechnung ins PGM-Format mit Farbtiefe d: p [0, 1] (short) p d. Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

24 Pixelweise Operatoren zur Bildverarbeitung Ein Bildverarbeitungsoperator T bildet ein Eingabebild E auf ein Ausgabebild A ab: T : M E M A, wobei M E und M A die Intensitätsmatrizen von Eingabe- bzw. Ausgabebild seien. Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

25 Pixelweise Operatoren zur Bildverarbeitung Ein Bildverarbeitungsoperator T bildet ein Eingabebild E auf ein Ausgabebild A ab: T : M E M A, wobei M E und M A die Intensitätsmatrizen von Eingabe- bzw. Ausgabebild seien. Ein pixelweiser Bildverarbeitungsoperator ist ein Operator, für welchen eine Funktion f : [0, 1] [0, 1] mit existiert. M A (x, y) = f (M E (x, y)) (Jeder Pixel des Ausgabebildes hängt nur vom entsprechenden Pixel des Eingabebildes ab.) Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

26 Beispiel: Schwellwertbinarisierung Jeder Pixel des Eingabebildes wird entweder auf abgebildet: 0 = schwarz oder 1 = weiß f c (z) := { 1 falls z > c, 0 sonst. Dabei ist c [0, 1] ein beliebiger Schwellwert. Für c = 1: Komplett schwarzes Bild. Anwendung z.b. in der Mustererkennung. Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

27 Beispiel: Schwellwertbinarisierung Original: Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22

28 Beispiel: Schwellwertbinarisierung Binarize mit c = 0.3: Felix Gruber (IGPM, RWTH Aachen) Mapra: C++ Teil 7 3. Juni / 22