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mob64ca14116c53 2023-12-19 19:48:33

文章标签 python opencv文字字体 ubuntu linux 运维 opencv 文章分类 Python 后端开发

学习理解汉字的机内码、区位码编码规则和字形数据存储格式。
1> 在 Ubuntu 下用 C/C++ (或 python ) 调用 opencv 库编程显示一张图片； 2> 在 1> 基础上打开一个名为" logo.txt "的文本文件（其中只有一行文本文件，包括你自己的名字和学号），按照名字和学号去读取汉字 24*24 点阵字形字库（压缩包中的文件 HZKf2424.hz ）中对应字符的字形数据，将名字和学号叠加显示在此图片右下位置。

1 汉字的机内码、区位码编码规则和字形数据存储格式

1.1 汉字编码规则

1.1.1 区位码

在国标 GD2312—80 中规定，所有的国标汉字及符号分配在一个 94 行、94 列的方阵中，方阵的每一行称为一个“区”，编号为 01 区到 94 区，每一列称为一个“位”，编号为 01 位到 94 位，方阵中的每一个汉字和符号所在的区号和位号组合在一起形成的四个阿拉伯数字就是它们的“区位码”。

区位码的前两位是它的区号，后两位是它的位号。
用区位码就可以唯一地确定一个汉字或符号，反过来说，任何一个汉字或符号也都对应着一个唯一的区位码。

1.1.2 机内码

汉字的机内码是指在计算机中表示一个汉字的编码。
机内码与区位码稍有区别

为了避免机内码与基本 ASCII 码的冲突，需要避开基本 ASCII 码中的控制码(00H~1FH)，还需与基本 ASCII 码中的字符相区别。

为了实现这两点，可以先在区码和位码分别加上 20H，在此基础上再加 80H (此处“ H ”表示前两位数字为十六进制数)。

经过这些处理，用机内码表示一个汉字需要占两个字节，分别称为高位字节和低位字节，这两位字节的机内码按如下规则表示：

高位字节 = 区码 + 20H + 80H(或区码 + A0H) 
低位字节 = 位码 + 20H + 80H(或位码 + AOH)

由于汉字的区码与位码的取值范围的十六进制数均为 01H ~ 5EH (即十进制的 01 ~ 94)，所以汉字的高位字节与低位字节的取值范围则为 A1H ~ FEH (即十进制的 161~254 )。
例如

1.2 字形数据存储格式

1.2.1 点阵字库存储

在汉字的点阵字库中，每个字节的每个位都代表一个汉字的一个点，每个汉字都是由一个矩形的点阵组成，0 代表没有，1 代表有点，将 0 和 1 分别用不同颜色画出，就形成了一个汉字，常用的点阵矩阵有 12 * 12, 14 * 14, 16 * 16 三种字库。

字库根据字节所表示点的不同有分为横向矩阵和纵向矩阵，目前多数的字库都是横向矩阵的存储方式，我们接下去所描述的都是指横向矩阵字库。

1.2.2 汉字点阵在汉字库中的地址计算公式

汉字库种类繁多，但都是按照区位的顺序排列的。

前一个字节为该汉字的区号，后一个字节为该字的位号。每一个区记录 94 个汉字，位号则为该字在该区中的位置。计算公式为：

（94*(区号-1)+位号-1） * 一个汉字字模占用字节数

对于 16 点阵的字库，1 个汉字字模占用 32 字节。对于 12 点阵字库，字摸每行的位数均补齐为 8 的整数倍，于是实际该字库的位长度是 16*12，即占用 24 字节。
我们在计算机中常用的汉字编码为汉字内码，不是区位码，需要进行转换。因此最终的计算公式为：

ADDRESS = [(内码 1-0xa1) * 94 + (内码 2-0xa1)] * 32  //计算结果是相对全角空格字符的相对地址

1.2.3 16*16 点阵字库

对于 16*16 的矩阵来说，它所需要的位数共是 16 * 16＝256 个位，每个字节为 8 位，因此，每个汉字都需要用 256 / 8 = 32 个字节来表示。即每两个字节代表一行的 16 个点，共需要 16 行，显示汉字时，只需一次性读取 32 个字节，并将每两个字节为一行打印出来，即可形成一个汉字。
点阵结构如下图所示：

2 Ubuntu 下调用 opencv 在图片显示汉字和数字

2.1 环境准备

Ubuntu 20.04 下安装 OpenCV 3.4.11

2.2 创建文件

创建文件夹进入虚拟机，终端键入命令：mkdir lattice; 并进入文件夹：cd lattice.
将需要的项目文件及图片下载放置在该文件夹下文件从这里提取中文点阵字库及显示工具程序—提取码：luha
创建 .cpp 代码文件命令行继续键入命令：gedit test.cpp
编写代码

#include<iostream>
#include<opencv/cv.h>
#include"opencv2/opencv.hpp"
#include<opencv/cxcore.h>
#include<opencv/highgui.h>
#include<math.h>
using namespace cv;
using namespace std;

void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);
void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset);
void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path);

int main(){
    String image_path="/home/mayfly/lattice/photo.jpg";
    char* logo_path=(char*)"/home/mayfly/lattice/logo.txt";
    put_text_to_image(450,750,image_path,logo_path);//安排文字从图片像素坐标(450，750)开始显示
    return 0;
}
//在图片上绘制文字的起点坐标
void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset){
	Point p;
	p.x = x_offset;
	p.y = y_offset;
	//存放ascii字膜
	char buff[16];           
	//打开ascii字库文件
	FILE *ASCII;
	if ((ASCII = fopen("/home/mayfly/lattice/Asci0816.zf", "rb")) == NULL){
        printf("Can't open ascii.zf,Please check the path!");
		//getch();
		exit(0);
	}
	fseek(ASCII, offset, SEEK_SET);
	fread(buff, 16, 1, ASCII);
	int i, j;
	Point p1 = p;
	for (i = 0; i<16; i++)                  //十六个char
	{
		p.x = x_offset;
		for (j = 0; j < 8; j++)              //一个char八个bit
		{
			p1 = p;
			if (buff[i] & (0x80 >> j))    /*测试当前位是否为1*/
			{
				/*
					由于原本ascii字膜是8*16的，不够大，
					所以原本的一个像素点用4个像素点替换，
					替换后就有16*32个像素点
					ps：感觉这样写代码多余了，但目前暂时只想到了这种方法
				*/
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
				p1.x++;
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
				p1.y++;
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
				p1.x--;
				circle(image, p1, 0, Scalar(0, 0, 255), -1);
			}						
			p.x+=2;            //原来的一个像素点变为四个像素点，所以x和y都应该+2
		}
		p.y+=2;
	}
}
//在图片替换像素点
void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset){
    Point p;
    p.x=x_offset;
    p.y=y_offset;
    FILE *HZK;
    char buff[72];//72个字节，用来存放汉字的
   if((HZK=fopen("/home/mayfly/lattice/HZKf2424.hz","rb"))==NULL){
        printf("Can't open HZKf2424.hz,Please check the path!");
        exit(0);//退出
    }
    fseek(HZK, offset, SEEK_SET);/*将文件指针移动到偏移量的位置*/
    fread(buff, 72, 1, HZK);/*从偏移量的位置读取72个字节，每个汉字占72个字节*/
    bool mat[24][24];//定义一个新的矩阵存放转置后的文字字膜
    int i,j,k;
    for (i = 0; i<24; i++)                 /*24x24点阵汉字，一共有24行*/
	{
		for (j = 0; j<3; j++)                /*横向有3个字节，循环判断每个字节的*/
			for (k = 0; k<8; k++)              /*每个字节有8位，循环判断每位是否为1*/
				if (buff[i * 3 + j] & (0x80 >> k))    /*测试当前位是否为1*/
				{
					mat[j * 8 + k][i] = true;          /*为1的存入新的字膜中*/
				}
				else {
					mat[j * 8 + k][i] = false;
				}
	}
    for (i = 0; i < 24; i++)
	{
		p.x = x_offset;
		for (j = 0; j < 24; j++)
		{		
			if (mat[i][j])
				circle(image, p, 1, Scalar(255, 0, 0), -1);		  //写(替换)像素点
			p.x++;                                                //右移一个像素点
		}
		p.y++;                                                    //下移一个像素点
	}
}
//将汉字放在图片上
void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path){
//x和y就是第一个字在图片上的起始坐标
    //通过图片路径获取图片
    Mat image=imread(image_path);
    int length=21;//要打印的字符长度（字节）
    unsigned char qh,wh;//定义区号，位号
    unsigned long offset;//偏移量
    unsigned char hexcode[30];//用于存放记事本读取的十六进制,记得要用无符号
    FILE* file_logo;
    if ((file_logo = fopen(logo_path, "rb")) == NULL){
		printf("Can't open txtfile,Please check the path!");
		//getch();
		exit(0);
	}
    fseek(file_logo, 0, SEEK_SET);
    fread(hexcode, length, 1, file_logo);
    int x =x_offset,y = y_offset;//x,y:在图片上绘制文字的起始坐标
    for(int m=0;m<length;){
        if(hexcode[m]==0x23){
            break;//读到#号时结束
        }
        else if(hexcode[m]>0xaf){
            qh=hexcode[m]-0xaf;//使用的字库里是以汉字啊开头，而不是以汉字符号开头
            wh=hexcode[m+1] - 0xa0;//计算位码
            offset=(94*(qh-1)+(wh-1))*72L;
            paint_chinese(image,x,y,offset);
            /*
            计算在汉字库中的偏移量
            对于每个汉字，使用24*24的点阵来表示的
            一行有三个字节，一共24行，所以需要72个字节来表示
            */
            m=m+2;//一个汉字的机内码占两个字节，
            x+=24;//一个汉字为24*24个像素点，由于是水平放置，所以是向右移动24个像素点
        }
        else{//当读取的字符为ASCII码时
        wh=hexcode[m];
        offset=wh*16l;//计算英文字符的偏移量
        paint_ascii(image,x,y,offset);
        m++;//英文字符在文件里表示只占一个字节，所以往后移一位就行了
        x+=16;
        }
    }
    cv::imshow("image", image);//显示图片
    cv::waitKey();
}

注意：
代码中 main 函数中的安排文字从图片像素坐标开始显示，这个开始位置需要考虑图片的像素大小，及文字所放置的位置;
代码中 void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path) 函数中要打印的字符长度对应 logo.txt 文件中文字的字节总长（汉字两个字节，空格、数字一个字节）。

2.3 运行结果

编译终端继续键入命令：

g++ test.cpp -o test `pkg-config --cflags --libs opencv`

编译成功
运行终端继续键入命令：

./test

运行结果如下：

3 总结

了解汉字的编码规则和汉字点阵存储规则是使用汉字在图片上显示的基础，汉字的机内码是指在计算机中的一个汉字的编码，通过十六进制的机内码便可区分出汉字，这正是本实验代码的核心思想。编写代码时需要注意的点，在前面也总结过了，对于不同的图片或文字处理原理也是一样的，只需要多注意细节就行。通过 opencv 在图片打印文字的操作还是比较简单，这部分内容可以在网上学习。（例如：opencv 在图片上打印字符。）

4 参考资料

图片上打印汉字（C++、OPENCV+字库）
《实验作业(3)-汉字叠加-计科1503班-孙西从》链接提取码：luha
《汉字点阵字库原理 (1)》链接提取码：luha

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1 汉字的机内码、区位码编码规则和字形数据存储格式

1.1 汉字编码规则

1.1.1 区位码

1.1.2 机内码

1.2 字形数据存储格式

1.2.1 点阵字库存储

1.2.2 汉字点阵在汉字库中的地址计算公式

1.2.3 16*16 点阵字库

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2.2 创建文件

2.3 运行结果

3 总结

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