[转]使用c#进行图像处理的几种方法

    <p><a target="_blank">本文转自：<font><a href="http://conner-wang.spaces.live.com/blog/cns!568d1f7f9d97c059!488.entry">http://conner-wang.spaces.live.com/blog/cns!568d1f7f9d97c059!488.entry</a></font>本文讨论了c#图像处理中bitmap类、bitmapdata类和unsafe代码的使用以及字节对齐问题。 <font color="#ff8000"><strong>bitmap类</strong></font> <font color="#0080ff">命名空间:system.drawing</font> <font color="#0080ff">封装 gdi+ 位图，此位图由图形图像及其属性的像素数据组成。bitmap 是用于处理由像素数据定义的图像的对象。</font>  利用c#类进行图像处理,最方便的是使用bitmap类，使用该类的getpixel()与setpixel()来访问图像的每个像素点。下面是msdn中的示例代码：<blockquote><font color="#8000ff">public void getpixel_example(painteventargs e) <br>{ <br> // create a bitmap object from an image file. <br> bitmap mybitmap = new bitmap("grapes.jpg"); <br> // get the color of a pixel within mybitmap. <br> color pixelcolor = mybitmap.getpixel(50, 50); <br> // fill a rectangle with pixelcolor. <br> solidbrush pixelbrush = new solidbrush(pixelcolor); <br> e.graphics.fillrectangle(pixelbrush, 0, 0, 100, 100); <br>}</font> </blockquote> 可见，bitmap类使用一种优雅的方式来操作图像，但是带来的性能的降低却是不可忽略的。比如对一个800*600的彩色图像灰度化，其耗费的时间都要以秒为单位来计算。在实际项目中进行图像处理，这种速度是决对不可忍受的。  <font color="#ff8000"><strong>bitmapdata类</strong></font> <font color="#0080ff">命名空间:system.drawing.imaging</font> <font color="#0080ff">指定位图图像的属性。bitmapdata 类由 bitmap 类的 lockbits 和 unlockbits 方法使用。不可继承。</font>  好在我们还有bitmapdata类，通过bitmapdata bitmapdata lockbits ( )可将 bitmap 锁定到系统内存中。该类的公共属性有：<ul><li>width 获取或设置 bitmap 对象的像素宽度。这也可以看作是一个扫描行中的像素数。</li>    <li>height 获取或设置 bitmap 对象的像素高度。有时也称作扫描行数。</li>    <li>pixelformat 获取或设置返回此 bitmapdata 对象的 bitmap 对象中像素信息的格式。</li>    <li>scan0 获取或设置位图中第一个像素数据的地址。它也可以看成是位图中的第一个扫描行。</li>    <li>stride 获取或设置 bitmap 对象的跨距宽度（也称为扫描宽度）。 </li></ul> 下面的msdn中的示例代码演示了如何使用 pixelformat、height、width 和 scan0 属性；lockbits 和 unlockbits 方法；以及 imagelockmode 枚举。<blockquote><font color="#8000ff">private void lockunlockbitsexample(painteventargs e) <br>{ </font><font color="#8000ff"> // create a new bitmap. <br> bitmap bmp = new bitmap("c:\\fakephoto.jpg"); </font><font color="#8000ff"> // lock the bitmap's bits. <br> rectangle rect = new rectangle(0, 0, bmp.width, bmp.height); <br> system.drawing.imaging.bitmapdata bmpdata = <br> bmp.lockbits(rect, system.drawing.imaging.imagelockmode.readwrite, <br> bmp.pixelformat); <br> // get the address of the first line. <br> intptr ptr = bmpdata.scan0; </font><font color="#8000ff"> // declare an array to hold the bytes of the bitmap. <br> // this code is specific to a bitmap with 24 bits per pixels. <br> int bytes = bmp.width * bmp.height * 3; <br> byte[] rgbvalues = new byte[bytes]; </font><font color="#8000ff"> // copy the rgb values into the array. <br> system.runtime.interopservices.marshal.copy(ptr, rgbvalues, 0, bytes); </font><font color="#8000ff"> // set every red value to 255. <br> for (int counter = 0; counter &lt; rgbvalues.length; counter+=3) <br> rgbvalues[counter] = 255; <br> // copy the rgb values back to the bitmap <br> system.runtime.interopservices.marshal.copy(rgbvalues, 0, ptr, bytes); </font><font color="#8000ff"> // unlock the bits. <br> bmp.unlockbits(bmpdata); </font><font color="#8000ff"> // draw the modified image. <br> e.graphics.drawimage(bmp, 0, 150); </font><font color="#8000ff">} </font></blockquote> 上面的代码演示了如何用数组的方式来访问一幅图像，而不在使用低效的getpixel()和setpixel()。  <font color="#ff8000"><strong>unsafe代码</strong></font>  而在实际中上面的做法仍然不能满足我们的要求，图像处理是一种运算量比较大的操作，不同于我们写的一般的应用程序。我们需要的是一种性能可以同c++程序相媲美的图像处理程序。c++是怎么提高效率的呢，答曰：指针。幸运的是.net也允许我们使用指针，只能在非安全代码块中使用指针。何谓非安全代码？  为了保持类型安全，默认情况下，c# 不支持指针运算。不过，通过使用 unsafe 关键字，可以定义可使用指针的不安全上下文。在公共语言运行库 (clr) 中，不安全代码是指无法验证的代码。c# 中的不安全代码不一定是危险的，只是其安全性无法由 clr 进行验证的代码。因此，clr 只对在完全受信任的程序集中的不安全代码执行操作。如果使用不安全代码，由您负责确保您的代码不会引起安全风险或指针错误。不安全代码具有下列属性：<ul><li>方法、类型和可被定义为不安全的代码块。</li>    <li>在某些情况下，通过移除数组界限检查，不安全代码可提高应用程序的性能。</li>    <li>当调用需要指针的本机函数时，需要使用不安全代码。</li>    <li>使用不安全代码将引起安全风险和稳定性风险。</li>    <li>在 c# 中，为了编译不安全代码，必须用 /unsafe 编译应用程序。 </li></ul> 正如《c#语言规范》中所说无论从开发人员还是从用户角度来看，不安全代码事实上都是一种“安全”功能。不安全代码必须用修饰符 unsafe 明确地标记，这样开发人员就不会误用不安全功能，而执行引擎将确保不会在不受信任的环境中执行不安全代码。  以下代码演示如何借助bitmapdata类采用指针的方式来遍历一幅图像，这里的unsafe代码块中的代码就是非安全代码。<blockquote><font color="#8000ff">//创建图像 <br>bitmap image = new bitmap( "c:\\images\\image.gif" ); <br>//获取图像的bitmapdata对像 <br>bitmapdata data = image.lockbits( new rectangle( 0 , 0 , image.width , image.height ) , imagelockmode.readwrite , pixelformat.format24bpprgb ); <br>//循环处理 <br>unsafe <br>{ <br> byte* ptr = ( byte* )( data.scan0 ); <br> for( int i = 0 ; i &lt; data.height ; i ++ ) <br> { <br> for( int j = 0 ; j &lt; data.width ; j ++ ) <br> { <br> // write the logic implementation here <br> ptr += 3; <br> } <br> ptr += data.stride - data.width * 3; <br> } <br>} </font></blockquote> 毫无疑问，采用这种方式是最快的，所以在实际工程中都是采用指针的方式来访问图像像素的。  <font color="#ff8000"><strong>字节对齐问题</strong></font> <br> 上例中ptr += data.stride - data.width * 3，表示跨过无用的区域，其原因是图像数据在内存中存储时是按4字节对齐的，具体解释如下：  假设有一张图片宽度为6，假设是format24bpprgb格式的(每像素3字节，在以下的讨论中，除非特别说明，否则bitmap都被认为是24位rgb)。显然，每一行需要6*3=18个字节存储。对于bitmap就是如此。但对于bitmapdata，虽然data.width还是等于image.width，但大概是出于显示性能的考虑，每行的实际的字节数将变成大于等于它的那个离它最近的4的整倍数，此时的实际字节数就是stride。就此例而言，18不是4的整倍数，而比18大的离18最近的4的倍数是20，所以这个data.stride = 20。显然，当宽度本身就是4的倍数时，data.stride = image.width * 3。  画个图可能更好理解。r、g、b 分别代表3个原色分量字节，bgr就表示一个像素。为了看起来方便我在们每个像素之间插了个空格，实际上是没有的。x表示补足4的倍数而自动插入的字节。为了符合人类的阅读习惯我分行了，其实在计算机内存中应该看成连续的一大段。 ｜－－－－－－－ｓｔｒｉｄｅ－－－－－－－－－－－｜ <br>｜－－－－－－－ｗｉｄｔｈ－－－－－－－－－｜ ｜ <br>scan0： <br>ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｘｘ <br>ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｘｘ <br>ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｂｇｒ ｘｘ <br>. <br>. <br>.  首先用data.scan0找到第0个像素的第0个分量的地址，这个地址指向的是个byte类型，所以当时定义为byte* ptr。行扫描时，在当前指针位置（不妨看成当前像素的第0个颜色分量）连续取出三个值（3个原色分量。注意，0 1 2代表的次序是b g r。在取指针指向的值时，貌似p[n]和p += n再取p[0]是等价的），然后下移3个位置（ptr += 3，看成指到下一个像素的第0个颜色分量）。做过bitmap.width次操作后，就到达了bitmap.width * 3的位置，应该要跳过图中标记为x的字节了（共有stride - width * 3个字节），代码中就是 ptr += datain.stride - datain.width * 3。  通过阅读本文，相信你已经对使用c#进行图像处理可能用到的几种方法有了一个了解。至于采用哪种方式，取决于你的性能要求。其中第一种方式最优雅；第三种方式最快，但不是安全代码；第二种方式取了个折中，保证是安全代码的同时又提高了效率。熟悉c/c++编程的人可能会比较偏向于第三种方式，我个人也比较喜欢第三种方式。 <strong><font color="#ff8000">参考：</font></strong> 1. msdn2005 2. c#语言规范 3. </a><a href="http://www.codersource.net/csharp_image_processing.aspx" target="_blank">basic image processing support in c#</a> 4. <a href="http://blog.csdn.net/ki1381/archive/2007/01/10/1478611.aspx">使用c#的bitmapdata</a> 作者：<a href="http://conner-wang.spaces.live.com/">http://conner-wang.spaces.live.com/</a>转载请注明出处！</p>