<h2>背景</h2><p>事情还要从一年前，我做的墨水屏早教机说起。https://www.zhangshengdong.com/post/baby_epaper/</p><p>虽然这个早教机宝宝的确很喜欢玩，是吸引注意力的一大利器。但架不住这个墨水屏刷新实在太慢，几乎要20秒，所以导致宝宝只有在图片刷出来时，才会看它一眼，这样就显得鸡肋了。</p><p>所以，最近我就在想，有什么是不关注刷新时间的呢？</p><p>嗯，就是早年间流行过的 音乐相册。</p><h2><i/>音乐相册</h2><p>其实从早教机改成音乐相册并不复杂。</p><p>早教机讲究的是对应的图片和讲解音频同时出现、同时切换，而音乐相册则是照片的展示和音乐无关。</p><p>所以我直接开两个进程，让它们一个播放音乐，一个展示照片，各玩各的就行啦。但由于机身上只有一对按键，所以最后权衡再三，决定用这一对按钮来控制音乐的上下切换。</p><p>大体程序如下:</p><div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6302584-eeb59b2823cf86ef.jpeg" contenteditable="false" img-data="{"format":"jpeg","size":61279,"height":528,"width":674}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><h2>自动转换照片</h2><p>但只到这一步是不够的，因为由于我的墨水屏只有7色，所以这时候每张照片都得要我亲自打开photoshop，载入颜色表，把照片转换成7元色表示才能用。这样一来，照片多了工作量就大大不可接受了。</p><p>所以我需要在树莓派上能够自动完成任意照片的转换。</p><h3><i/>最简单的思路：最近距离法</h3><p>第一个想到的方案自然就是最近距离法了，即判断每个像素点距离色表中每个颜色的远近，从而把该像素设置为离它原有颜色最近的那个元色。</p><p>代码：</p><div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6302584-c32a78408912a0b8.jpeg" contenteditable="false" img-data="{"format":"jpeg","size":22935,"height":288,"width":757}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><p>但这个初始方案很快就被现实给打脸了。</p><p>原图：</p><div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6302584-c88fb40ec4bdd7f2.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":239224,"height":3880,"width":5184}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><p>最近距离法：</p><div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6302584-c211ba888d1f6858.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":34883,"height":400,"width":640}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><p>可以发现，最近距离法转换出的就是色块，变成了剪影的效果，可以说毫无观感可言，几乎不能用了。</p><h3><i/>色彩均衡</h3><p>粗略的分析了一下，感觉可能是因为这张照片的颜色大体偏黑，所以最近距离转换出来就变成以黑白橙为主了。</p><p>那如果原因是这样的话，我是不是可以对它做一下类似白平衡的色彩均衡操作，就可以把7元色都显示出来了呢？</p><p>代码：</p><div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6302584-a275363edd34a0b9.jpeg" contenteditable="false" img-data="{"format":"jpeg","size":4375,"height":69,"width":276}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><p>色彩均衡：</p><div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6302584-cc5c40eee28e1671.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":35555,"height":400,"width":640}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><p>可以发现，红色、蓝色、黄色的区域都变大了，还增加了一点点绿色，可以说的确是实现了刚才的目的：把7元色都显示出来。但这依旧没用啊，这个效果是绝对不能够使用的。</p><h3><i/>Floyd-Steinberg扩散抖动算法</h3><p>所以我就在想，那原先手动用photoshop处理时，它是用的什么算法呢？</p><p>一通搜索，就发现了Floyd-Steinberg扩散抖动算法。</p><p>这个算法相当于是，将像素使用我们的方法一最近距离法进行标准化后，所产生的误差叠加到相邻像素上，从而利用误差扩散实现抖动，最终使得平均量化误差最小。</p><p>通俗一点说就是，它把误差分担到周边的像素上去，用周边这一团像素来模拟原图中的这一团区域。</p><p>代码：</p><div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6302584-4dc755eeaf0e827e.jpeg" contenteditable="false" img-data="{"format":"jpeg","size":74141,"height":790,"width":757}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><p>Floyd-Steinberg扩散抖动算法：</p><div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6302584-1806da9e81ebc6dc.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":136929,"height":400,"width":640}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div><p>哇，效果上完胜啊！惊艳！</p><h2><i/>缓存</h2><p>那么最后，由于不管是哪种算法，都需要逐一像素点的处理，哪怕是在树莓派上使用了多线程、进程，也还要近7分钟之久。</p><p>所以就加入了缓存机制，在读取图片时，会先去查找有没有已经处理好的缓存文件，若没有才会真的进行转换处理。</p><p>最终实现照：</p><div class="image-package"><img src="https://upload-images.jianshu.io/upload_images/6302584-d97e5e8bbfa56854.jpeg" img-data="{"format":"jpeg","size":221600,"height":2268,"width":4032}" class="uploaded-img" style="min-height:200px;min-width:200px;" width="auto" height="auto"/>
</div>