C#数字图像处理的3种方法

本文主要通过彩色图象灰度化来介绍C#处理数字图像的3种方法，Bitmap类、BitmapData类和Graphics类是C#处理图像的的3个重要的类。

Bitmap只要用于处理由像素数据定义的图像的对象，主要方法和属性如下：

         GetPixel方法和SetPixel方法，获取和设置一个图像的指定像素的颜色。

         PixelFormat属性，返回图像的像素格式。

         Palette属性，获取或折纸图像所使用的颜色调色板。

         Height属性和Width属性，返回图像的高度和宽度。

         LockBits方法和UnlockBits方法，分别锁定和解锁系统内存中的位图像素。

BitmapData对象指定了位图的属性：

         Height属性，被锁定位图的高度。

         Width属性，被锁定位图的宽度。

         PixelFormat属性，数据的实际像素格式。

         Scan0属性，被锁定数组的首字节地址。

         Stride属性，步幅，也称扫描宽度。

彩色图象灰度化

24位彩色图象每个像素用3个字节表示，每个字节对应着R、G、B分量的亮度（红、绿、蓝）。当3个分量不想同时表现为灰度图像。下面有三种转换公式：

Gray(I,j)为转换后的灰度图像在(I,j)点出的灰度值。由于人眼对颜色的感应不同，有了下面的转换公式：

观察发现绿色所占比重最大，所以转换时直接使用G值作为转换结果：

图像处理的3种方法分别是：提取像素法、内存法和指针法，它们各自有各自的特点。

提取像素法

使用的是GDI+中的Bitmap.GetPixel和Bitmap.SetPixel方法。

            if (bitmap != null)
            {
                newbitmap = bitmap.Clone() as Bitmap;
                Color pixel;
                int ret;
                for (int x = 0; x < newbitmap.Width; x++)
                {
                    for (int y = 0; y < newbitmap.Height; y++)
                    {
                        pixel = newbitmap.GetPixel(x, y);
                        ret = (int)(pixel.R * 0.299 + pixel.G * 0.587 + pixel.B * 0.114);
                        newbitmap.SetPixel(x, y, Color.FromArgb(ret, ret, ret));
                    }
                }
                pictureBox1.Image = newbitmap.Clone() as Image;
            }

内存法

内存法是把图像数据直接复制到内存中，这样程序的运行速度就能大大提高了。

            if (bitmap != null)
            {
                newbitmap = bitmap.Clone() as Bitmap;
                Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, newbitmap.Width, newbitmap.Height);
                System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpdata = newbitmap.LockBits(rect, System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite, newbitmap.PixelFormat);
                IntPtr ptr = bmpdata.Scan0;

                int bytes = newbitmap.Width * newbitmap.Height * 3;
                byte[] rgbvalues = new byte[bytes];

                System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(ptr, rgbvalues, 0, bytes);

                double colortemp = 0;
                for (int i = 0; i < rgbvalues.Length; i += 3)
                {
                    colortemp = rgbvalues[i + 2] * 0.299 + rgbvalues[i + 1] * 0.587 + rgbvalues[i] * 0.114;
                    rgbvalues[i] = rgbvalues[i + 1] = rgbvalues[i + 2] = (byte)colortemp;
                }

                System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(rgbvalues, 0, ptr, bytes);

                newbitmap.UnlockBits(bmpdata);
                pictureBox1.Image = newbitmap.Clone() as Image;
            }

指针法

这个方法和内存法相似，开始都是通过LockBits方法来获取位图的首地址，这个方法更简洁，直接用指针进行位图操作。所以对内存的操作需要在unsafe下进行操作。

            if (bitmap != null)
            {
                newbitmap = bitmap.Clone() as Bitmap;
                Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, newbitmap.Width, newbitmap.Height);
                System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpdata = newbitmap.LockBits(rect, System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite, newbitmap.PixelFormat); 
                byte temp;

                unsafe
                {
                    byte* ptr = (byte*)(bmpdata.Scan0);
 
                    for (int x = 0; x < bmpdata.Width; x++)
                    {
                        for (int y = 0; y < bmpdata.Height; y++)
                        {
                            temp = (byte)(0.299 * ptr[2] + 0.587 * ptr[1] + 0.114 * ptr[0]);
                            ptr[0] = ptr[1] = ptr[2] = temp;
                            ptr += 3;
                        }
                        ptr += bmpdata.Stride - bmpdata.Width * 3;
                    }
                }

                newbitmap.UnlockBits(bmpdata);
                pictureBox1.Image = newbitmap.Clone() as Image;
            }

3种方法的比较

 

比较一下可以得出结论，提取像素法比较简单，但是效率比较低；内存法效率有了很大的提高，但是代码比较复杂；指针法效率比内存法更高一些，但是不安全。综上比较结果内存法比较好，效率即高又能发挥C#安全的优点。

下载：DEMO

系列文章【更新中】：

C#绘制数字图像灰度直方图

数字图像几何运算理论基础