C#中将byte数组转换为8bit灰度图像

类似的文章在网上可以看到不少，但多多少少都存在一些问题。这两天做实验室的项目用到这个功能，我从头把它整理了一遍。

在看代码之前，首先解释几个问题。

1. byte数组存放的是图像每个像素的灰度值，byte类型正好是从0~255，存放8bit灰度图像的时候，一个数组元素就是一个像素的灰度值。仅有这个数组还不足以恢复出原来的图像，还必须事先知道图像的长、宽值；
2. 创建Bitmap类的时候必须指定PixelFormat为Format8bppIndexed，这样才最符合图像本身的特性；
3. Bitmap类虽然提供了GetPixel()、SetPixel()这样的方法，但我们绝对不能用这两个方法来进行大规模的像素读写，因为它们的性能实在很囧；
4. 托管代码中，能不用unsafe就尽量不用。在.NET 2.0中已经提供了BitmapData类及其LockBits()、UnLockBits()操作，能够安全地进行内存读写；
5. 图像的width和它存储时的stride是不一样的。位图的扫描线宽度一定是4的倍数，因此图像在内存中的大小并不是它的显示大小；
6. Format8bppIndexed类型的PixelFormat是索引格式，其调色板并不是灰度的而是伪彩，因此需要我们对其加以修改。

代码如下，解说写在注释里了：

/// <summary>
/// 将一个字节数组转换为8bit灰度位图
/// </summary>
/// <param name="rawValues">显示字节数组</param>
/// <param name="width">图像宽度</param>
/// <param name="height">图像高度</param>
/// <returns>位图</returns>
public static Bitmap ToGrayBitmap(byte[] rawValues, int width, int height)
{
    //// 申请目标位图的变量，并将其内存区域锁定
    Bitmap bmp = new Bitmap(width, height, PixelFormat.Format8bppIndexed);
    BitmapData bmpData = bmp.LockBits(new Rectangle(0, 0, width, height),
        ImageLockMode.WriteOnly, PixelFormat.Format8bppIndexed);

    //// 获取图像参数
    int stride = bmpData.Stride;  // 扫描线的宽度
    int offset = stride - width;  // 显示宽度与扫描线宽度的间隙
    IntPtr iptr = bmpData.Scan0;  // 获取bmpData的内存起始位置
    int scanBytes = stride * height;   // 用stride宽度，表示这是内存区域的大小

    //// 下面把原始的显示大小字节数组转换为内存中实际存放的字节数组
    int posScan = 0, posReal = 0;   // 分别设置两个位置指针，指向源数组和目标数组
    byte[] pixelValues = new byte[scanBytes];  //为目标数组分配内存
    for (int x = 0; x < height; x++)
    {
        //// 下面的循环节是模拟行扫描
        for (int y = 0; y < width; y++)
        {
            pixelValues[posScan++] = rawValues[posReal++];
        }
        posScan += offset;  //行扫描结束，要将目标位置指针移过那段“间隙”
    }

    //// 用Marshal的Copy方法，将刚才得到的内存字节数组复制到BitmapData中
    System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(pixelValues, 0, iptr, scanBytes);
    bmp.UnlockBits(bmpData);  // 解锁内存区域

    //// 下面的代码是为了修改生成位图的索引表，从伪彩修改为灰度
    ColorPalette tempPalette;
    using (Bitmap tempBmp = new Bitmap(1, 1, PixelFormat.Format8bppIndexed))
    {
        tempPalette = tempBmp.Palette;
    }
    for (int i = 0; i < 256; i++)
    {
        tempPalette.Entries[i] = Color.FromArgb(i, i, i);
    }

    bmp.Palette = tempPalette;

    //// 算法到此结束，返回结果
    return bmp;
}

下面是我用来测试的代码片段：

static void Main(string[] args)
{
    byte[] bytes = new byte[10000];
    int k = 0;

    for (int i = 0; i < 100; i++)
    {
        for (int j = 0; j < 100; j++)
        {
            bytes[k++] = (byte)(i + j);
        }
    }

    Bitmap bmp = ToGrayBitmap(bytes, 100, 100);
    bmp.Save(@"d:\test.png", System.Drawing.Imaging.ImageFormat.Png);
}

结果应该显示成下面的样子：

如果没有修改过调色板，则会显示出下面的色彩斑斓的图像：

OK，就这么多！