一、概述

本文主要介绍了汉字点阵的原理，了解汉字的机内码和区位码的编码规则。并在ubuntu下运行OpenCV将汉字打印到我们事先准备好的图片上。

二、什么是点阵

点阵字体是把每一个字符都分成8×8、16×16或24×24个点，然后用每个点的虚实来表示字符的轮廓。
　点阵字体优点是显示速度快，不像矢量字体需要计算；其最大的缺点是不能放大，一旦放大后就会发现文字边缘的锯齿。
点阵字体可以使用win-tc中的超级工具集中的点阵字模工具显示出想要的汉字

1、8×8点阵原理图

在这里插入图片描述

2、8×8点阵实物图

请添加图片描述
点阵内部结构及外形如下，8X8点阵共由64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一行置1电平，某一列置0电平，则相应的二极管就亮；如要将第一个点点亮，则9脚接高电平13脚接低电平，则第一个点就亮了；如果要将第一行点亮，则第9脚要接高电平，而（13、3、4、10、6、11、15、16）这些引脚接低电平，那么第一行就会点亮；如要将第一列点亮，则第13脚接低电平，而（9、14、8、12、1、7、2、5）接高电平，那么第一列就会点亮。详情请参考：8×8点阵举例
我们可以借助我们的取模工具来取出我们需要的图形或者是文字，将他们以点阵的形式展现出来。
现在我们考虑一个问题，英文所有词句都是由26个英文字母组成，无非再加上其他标点符号，就组成了英文编码，听上去很简单，但是转念一想我们中华文化的博大精深，汉字的书写相当困难而且字数也相当多，所以我们需要一种编码来构成专属于我们汉字。

三、汉字编码

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。汉字“母”字的区位码是3624，表明它在方阵的36 区24 位，问号“?”的区位码为0331，则它在03区3l位。

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。如上所述，汉字区位码的区码和位码的取值均在1~94 之间，如直接用区位码作为机内码，就会与基本ASCII码混淆。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，汉字“啊”的区位码为1601，区码和位码分别用十六进制表示即为1001H，它的机内码的高位字节为B0H，低位字节为A1H，机内码就是B0A1H。

3、对于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：
在这里插入图片描述

4、对于14×14与12×12点阵字库

对于14×14和12×12的字库，理论上计算，它们所需要的点阵分别为(14×14/8)=25, (12×12/8)=18个字节，但是，如果按这种方式来存储，那么取点阵和显示时，由于它们每一行都不是8的整位数，因此，就会涉到点阵的计算处理问题，会增加程序的复杂度，降低程序的效率。为了解决这个问题，有些点阵字库会将14×14和12×12的字库按16×14和16×12来存储，即，每行还是按两个字节来存储，但是14×14的字库，每两个字节的最后两位是没有使用，12×12的字节，每两字节的最后4位是没有使用，这个根据不同的字库会有不同的处理方式，所以在使用字库时要注意这个问题，特别是14×14的字库。

5、汉字点阵的获取

5.1 利用区位码获取汉字

汉字点阵字库是根据区位码的顺序进行存储的，因此，我们可以根据区位来获取一个字库的点阵，它的计算公式如下：
点阵起始位置= ((区码- 1)×94 + (位码– 1)) ×汉字点阵字节数
获取点阵起始位置后，我们就可以从这个位置开始，读取出一个汉字的点阵。

5.2 利用机内码获取汉字

前面我们已经讲过机内码和区位码的关系：
机内码高位字节 = 区码+ 20H + 80H(或区码+ A0H)
机内码低位字节 = 位码+ 20H + 80H(或位码+ AOH)
反过来讲，我们也可以通过机内码来获得区位码，即：
区码 = 机内码高位字节- A0H
位码 = 机内码低位字节- AOH
于是在我们得到汉字的区位码之后，我们就可以用其在汉字库里寻找字模了，即：
该汉字的偏移地址 =（区码-1）×94×一个字占用的字节数 + 位码×一个字占用的字节数。

四、在ubuntu中调用OpenCV显示图片并打印汉字

1、实验要求

在Ubuntu下用C/C++(或python) 调用opencv库编程显示一张图片，并打开一个名为"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。

2、实验进行前的准备

在实验进行之前我们需要准备一些文件方便我们在ubuntu中调用OpenCV时使用。具体我们需要：
①、一个名为logo.txt文件用于存储自己需要在图片下方显示的汉字。
②、一张图片用于后续显示。
③、24*24的点阵.hz文件以及ASCII码.zf文件（这两个文件我将会在文末分享出来供大家下载）。

注：我们在logo.txt文件中保存的文字必须是以ANSI格式进行编写，不然中文会出现乱码的现象。具体操作为：打开文本文档->文件->另存为->编码选择ANSI，保存即可如下图：

3、代码编写

在我们将准备好的文件放入我们自己的文件夹中之后，就需要我们进行代码的编写了。
在这里插入图片描述
现在我们可以看到我们需要的所有文件都在该目录下了，于是我们就需要对代码进行撰写了，在这里我们需要创建一个word.cpp文件来存放我们的代码，在该目录下打开终端并输入：

gedit word.cpp

将我们的代码编写入word.cpp文件中。
word.cpp：

#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="atm.png";//图片的名字
    char* logo_path="logo.txt";//汉字文件的名字
    put_text_to_image(400,680,image_path,logo_path);//change txt place
    return 0;
}

void paint_ascii(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset){
    
    
    //绘制的起点坐标
	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("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;
	}
}
void paint_chinese(Mat& image,int x_offset,int y_offset,unsigned long offset){
    
    //在图片上画汉字
    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("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
	}
}

void put_text_to_image(int x_offset,int y_offset,String image_path,char* logo_path){
    
    //将汉字弄上图片
//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=19;//要打印的字符长度（打印多少字节长度就为多少，根据自己的情况调整）
    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);
    cv::waitKey();
}

注：我们注意主函数中的
String image_path=“atm.png”;//图片的名字
char* logo_path=“logo.txt”;//汉字文件的名字
put_text_to_image(400,680,image_path,logo_path);//change txt place
其中"atm.png"是我自己图片的文件名，大家要根据自己文件名的不同而做出改变，"logo.txt"是我们保存输入文字的文件名，大家也可以改成其他的，后面 put_text_to_image函数中国的400和680是我设置的文字显示起始位置的x坐标和y坐标，大家要根据自己图片大小来设置这两个参数。
还有put_text_to_image函数中的length实际上是我们需要打印的字符串长度，记得根据自己要打印文字长度来修改哦。

4、编译运行

当我们编写好我们的word.cpp文件之后我们就要进行编译并运行了。
编译：

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

在这里插入图片描述
现在我们就编译好了我们的cpp文件了，我们接着就该运行了。
运行：

./word

5、效果