引言：
微軟的新的.NET平臺(tái)為開(kāi)發(fā)者帶來(lái)了許多新的諸如GDI+、Globalization之類的編程機(jī)制,同時(shí)還發(fā)明了一門全新的類似Java的編程語(yǔ)言－C#.對(duì)于這些新知識(shí),我們應(yīng)盡快了解、掌握并試圖運(yùn)用到實(shí)踐項(xiàng)目中去,而通過(guò)實(shí)例學(xué)習(xí)的方法無(wú)疑是一個(gè)非常有效的途徑.本文就通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例,向大家展示了在Visual C#中如何運(yùn)用GDI+和Unsafe代碼類等技術(shù)以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的數(shù)字圖像處理.
一．概述：
本文的實(shí)例是一個(gè)數(shù)字圖像處理的應(yīng)用程序,它完成的功能包括對(duì)圖像顏色的翻轉(zhuǎn)、對(duì)圖像進(jìn)行灰度處理和對(duì)圖像進(jìn)行增亮處理.該程序?qū)D像進(jìn)行處理部分的代碼包含在一個(gè)專門的Filters類里面,通過(guò)調(diào)用該類里的靜態(tài)成員函數(shù),我們就可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的圖像處理功能了.為實(shí)現(xiàn)圖像處理,我們要對(duì)圖像進(jìn)行逐個(gè)象素處理.我們知道圖像是由一個(gè)個(gè)的象素點(diǎn)組成的,對(duì)一幅圖像的每個(gè)象素進(jìn)行了相應(yīng)的處理,最后整個(gè)圖像也就處理好了.在這個(gè)過(guò)程中,我們只需對(duì)每個(gè)象素點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的處理,在處理過(guò)程中卻不需要考慮周圍象素點(diǎn)對(duì)其的影響,所以相對(duì)來(lái)說(shuō)程序的實(shí)現(xiàn)就變得簡(jiǎn)單多了.
由于GDI+中的BitmapData類不提供對(duì)圖像內(nèi)部數(shù)據(jù)的直接訪問(wèn)的方法,我們唯一的辦法就是使用指針來(lái)獲得圖像的內(nèi)部數(shù)據(jù),這時(shí)我們就得運(yùn)用unsafe這個(gè)關(guān)鍵字來(lái)指明函數(shù)中訪問(wèn)圖像內(nèi)部數(shù)據(jù)的代碼塊了.在程序中,我還運(yùn)用了打開(kāi)文件和保存文件等選項(xiàng),以使我們的辛勤勞動(dòng)不付之東流.
二．程序的實(shí)現(xiàn)：
1．打開(kāi)Visual Studio.net,新建一個(gè)Visual C#的項(xiàng)目,在模板中選擇"Windows 應(yīng)用程序"即可,項(xiàng)目名稱可自定(這里為ImageProcessor).
2．為使窗體能顯示圖像,我們需要重載窗體的OnPaint()事件函數(shù),在該函數(shù)中我們將一個(gè)圖像繪制在程序的主窗體上,為了使窗體能顯示不同尺寸大小的圖像,我們還將窗體的AutoScroll屬性設(shè)置為true.這樣,根據(jù)圖像的尺寸,窗體兩邊就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的滾動(dòng)條.該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)如下：
private void Form1_Paint( object sender, System.Windows.Forms.PaintEventArgs e )
{
Graphics g = e.Graphics;
g.DrawImage( m_Bitmap, new Rectangle( this.AutoScrollPosition.X, this.AutoScrollPosition.Y,
( int )( m_Bitmap.Width ), ( int )( m_Bitmap.Height ) ) );
}
3．給主窗體添加一個(gè)主菜單,該主菜單完成了一些基本的操作,包括"打開(kāi)文件"、"保存文件"、"退出"、"翻轉(zhuǎn)操作"、"灰度操作"、"增亮操作"等.前面三個(gè)操作完成圖像文件的打開(kāi)和保存以及程序的退出功能,相應(yīng)的事件處理函數(shù)如下：private void menuItemOpen_Click( object sender, System.EventArgs e )
{
OpenFileDialog openFileDialog = new OpenFileDialog( );
openFileDialog.Filter = "Bitmap文件( *.bmp )|*.bmp|
Jpeg文件( *.jpg )|*.jpg|
所有合適文件( *.bmp/*.jpg )|*.bmp/*.jpg";
openFileDialog.FilterIndex = 2 ;
openFileDialog.RestoreDirectory = true ;
if( DialogResult.OK == openFileDialog.ShowDialog( ) )
{
m_Bitmap = ( Bitmap )Bitmap.FromFile( openFileDialog.FileName, false );
this.AutoScroll = true;
this.AutoScrollMinSize=new Size ( ( int )( m_Bitmap.Width ),( int )
m_Bitmap.Height ) );
this.Invalidate( );
}
}
其中,m_Bitmap為主窗體類的一個(gè)數(shù)據(jù)成員,聲明為private System.Drawing.Bitmap m_Bitmap;(注：因?yàn)槌绦蛑杏玫搅讼嚓P(guān)的類,所以在程序文件的開(kāi)始處應(yīng)添加using System.Drawing.Imaging;)同時(shí),在該類的構(gòu)造函數(shù)中,我們必須先給它new一個(gè)Bitmap對(duì)象：m_Bitmap = new Bitmap( 2,2 );上述代碼中的this.Invalidate( );完成主窗體的重繪工作,它調(diào)用了主窗體的OnPaint()函數(shù),結(jié)果就將打開(kāi)的圖像文件顯示在主窗體上.
private void menuItemSave_Click( object sender, System.EventArgs e )
{
SaveFileDialog saveFileDialog = new SaveFileDialog( );
saveFileDialog.Filter = "Bitmap文件( *.bmp )|*.bmp|
Jpeg文件( *.jpg )|*.jpg|
所有合適文件( *.bmp/*.jpg )|*.bmp/*.jpg";
saveFileDialog.FilterIndex = 1 ;
saveFileDialog.RestoreDirectory = true ;
if( DialogResult.OK == saveFileDialog.ShowDialog( ) )
{
m_Bitmap.Save( saveFileDialog.FileName );
}
}
其中m_Bitmap.Save( saveFileDialog.FileName );一句完成了圖像文件的保存,正是運(yùn)用了GDI+的強(qiáng)大功能,我們只需這么一條簡(jiǎn)單的語(yǔ)句就完成了以前很大工作量的任務(wù),所以合理運(yùn)用.NET中的新機(jī)制一定會(huì)大大簡(jiǎn)化我們的工作的.
private void menuItemExit_Click( object sender, System.EventArgs e )
{
this.Close( );
}
接下來(lái),三個(gè)主要操作的事件處理函數(shù)如下：
private void menuItemInvert_Click( object sender, System.EventArgs e )
{
if( Filters.Invert( m_Bitmap ) )
this.Invalidate( );
}
private void menuItemGray_Click( object sender, System.EventArgs e )
{
if( Filters.Gray( m_Bitmap ) )
this.Invalidate( );
}
private void menuItemBright_Click( object sender, System.EventArgs e )
{
Parameter dlg = new Parameter( );
dlg.nValue = 0;
if ( DialogResult.OK == dlg.ShowDialog( ) )
{
if( Filters.Brightness( m_Bitmap, dlg.nValue ) )
this.Invalidate( );
}
}
三個(gè)函數(shù)中分別調(diào)用了相應(yīng)的圖像處理函數(shù)Invert()、Gray()、Brightness()等三個(gè)函數(shù).這三個(gè)函數(shù)Filters類中的三個(gè)類型為public的靜態(tài)函數(shù)(含有static關(guān)鍵字),它們的返回值類型均是bool型的,根據(jù)返回值我們可以決定是否進(jìn)行主窗體的重繪工作.
Invert()、Gray()、Brightness()等三個(gè)函數(shù)均包含在Filters類里面,Invert()函數(shù)的算法如下：
public static bool Invert( Bitmap b )
{
BitmapData bmData = b.LockBits( new Rectangle( 0, 0, b.Width, b.Height ),
ImageLockMode.ReadWrite, PixelFormat.Format24bppRgb );
int stride = bmData.Stride;
System.IntPtr Scan0 = bmData.Scan0;
unsafe
{
byte * p = ( byte * )( void * )Scan0;
int nOffset = stride - b.Width*3;
int nWidth = b.Width * 3;
for( int y=0;y<b.Height;++y )
{
for( int x=0; x < nWidth; ++x)
{
p[0] = ( byte )( 255-p[0] );
++p;
}
p += nOffset;
}
}
b.UnlockBits( bmData );
return true;
}
該函數(shù)以及后面的函數(shù)的參數(shù)都是Bitmap類型的,它們傳值的對(duì)象就是程序中所打開(kāi)的圖像文件了.該函數(shù)中的BitmapData類型的bmData包含了圖像文件的內(nèi)部信息,bmData的Stride屬性指明了一條線的寬度,而它的Scan0屬性則是指向圖像內(nèi)部信息的指針.本函數(shù)完成的功能是圖像顏色的翻轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)的方法即用255減去圖像中的每個(gè)象素點(diǎn)的值,并將所得值設(shè)置為原象素點(diǎn)處的值,對(duì)每個(gè)象素點(diǎn)進(jìn)行如此的操作,只到整幅圖像都處理完畢.函數(shù)中的unsafe代碼塊是整個(gè)函數(shù)的主體部分,首先我們?nèi)〉脠D像內(nèi)部數(shù)據(jù)的指針,然后設(shè)置好偏移量,同時(shí)設(shè)置nWidth為b.Width*3,因?yàn)槊總�(gè)象素點(diǎn)包含了三種顏色成分,對(duì)每個(gè)象素點(diǎn)進(jìn)行處理時(shí)便要進(jìn)行三次處理.接下來(lái)運(yùn)用兩個(gè)嵌套的for循環(huán)完成對(duì)每個(gè)象素點(diǎn)的處理,處理的核心便是一句：p[0] = ( byte )( 255-p[0] );.在unsafe代碼塊后,便可運(yùn)用b.UnlockBits( bmData )進(jìn)行圖像資源的釋放.函數(shù)執(zhí)行成功,最后返回true值.注：由于是要編譯不安全代碼,所以得將項(xiàng)目屬性頁(yè)中的"允許不安全代碼塊"屬性設(shè)置為true,圖示如下：
該函數(shù)實(shí)現(xiàn)的程序效果如下：
(處理前)
(處理后)
Gray()函數(shù)的算法如下：
public static bool Gray( Bitmap b )
{
BitmapData bmData = b.LockBits( new Rectangle( 0, 0, b.Width, b.Height ),
ImageLockMode.ReadWrite, PixelFormat.Format24bppRgb );
int stride = bmData.Stride;
System.IntPtr Scan0 = bmData.Scan0;
unsafe
{
byte * p = ( byte * )( void * )Scan0;
int nOffset = stride - b.Width*3;
byte red, green, blue;
for( int y=0;y<b.Height;++y )
{
for( int x=0; x < b.Width; ++x)
{
blue = p[0];
green = p[1];
red = p[2];
p[0] = p[1] = p[2] = ( byte )( .299 * red + .587 * green + .114 * blue );
p += 3;
}
p += nOffset;
}
}
b.UnlockBits( bmData );
return true;
}
本函數(shù)完成的功能是對(duì)圖像進(jìn)行灰度處理,我們的基本想法可是將每個(gè)象素點(diǎn)的三種顏色成分的值取平均值.然而由于人眼的敏感性,這樣完全取平均值的做法的效果并不好,所以在程序中我取了三個(gè)效果最好的參數(shù)：.299,.587,.114.不過(guò)在這里要向讀者指明的是,在GDI+中圖像存儲(chǔ)的格式是BGR而非RGB,即其順序?yàn)椋築lue、Green、Red.所以在for循環(huán)內(nèi)部一定要設(shè)置好red、green、blue等變量的值,切不可顛倒.函數(shù)執(zhí)行成功后,同樣返回true值.
該函數(shù)實(shí)現(xiàn)的程序效果如下：
(處理前)
(處理后)
Brightness()函數(shù)的算法如下：public static bool Brightness( Bitmap b, int nBrightness )
{
if ( nBrightness < -255 || nBrightness > 255 )
return false;
BitmapData bmData = b.LockBits( new Rectangle( 0, 0, b.Width,
b.Height ), ImageLockMode.ReadWrite,
PixelFormat.Format24bppRgb );
int stride = bmData.Stride;
System.IntPtr Scan0 = bmData.Scan0;
int nVal = 0;
unsafe
{
byte * p = ( byte * )( void * )Scan0;
int nOffset = stride - b.Width*3;
int nWidth = b.Width * 3;
for( int y=0;y<b.Height;++y )
{
for( int x=0; x < nWidth; ++x)
{
nVal = ( int ) ( p[0] + nBrightness );
if ( nVal < 0 ) nVal = 0;
if ( nVal > 255 ) nVal = 255;
p[0] = ( byte )nVal;
++p;
}
p += nOffset;
}
}
b.UnlockBits( bmData );
return true;
}
本函數(shù)完成的功能是對(duì)圖像進(jìn)行增亮處理,它比上面兩個(gè)函數(shù)多了一個(gè)增亮參數(shù)－nBrightness,該參數(shù)由用戶輸入,范圍為－255～255.在取得了增亮參數(shù)后,函數(shù)的unsafe代碼部分對(duì)每個(gè)象素點(diǎn)的不同顏色成分進(jìn)行逐個(gè)處理,即在原來(lái)值的基礎(chǔ)上加上一個(gè)增亮參數(shù)以獲得新的值.同時(shí)代碼中還有一個(gè)防止成分值越界的操作,因?yàn)镽GB成分值的范圍為0～255,一旦超過(guò)了這個(gè)范圍就要重新設(shè)置.函數(shù)最后執(zhí)行成功后,同樣得返回true值.
該函數(shù)實(shí)現(xiàn)的程序效果如下：
首先,我們把圖像增亮的參數(shù)設(shè)置為100(其范圍為－255～255),然后執(zhí)行效果如下,讀者也可嘗試其他的參數(shù)值.
(處理前)
(處理后)
三．小結(jié)：
本文通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例向大家展現(xiàn)了用Visual C#以及GDI+完成數(shù)字圖像處理的基本方法,通過(guò)實(shí)例,我們不難發(fā)現(xiàn)合理運(yùn)用新技術(shù)不僅可以大大簡(jiǎn)化我們的編程工作,還可以提高編程的效率.不過(guò)我們?cè)谶\(yùn)用新技術(shù)的同時(shí)也得明白掌握基本的編程思想才是最主要的,不同的語(yǔ)言、不同的機(jī)制只是實(shí)現(xiàn)的具體方式不同而已,其內(nèi)在的思想還是相通的.對(duì)于上面的例子,掌握了編寫圖像處理函數(shù)的算法,用其他的方式實(shí)現(xiàn)也應(yīng)該是可行的.同時(shí),在上面的基礎(chǔ)上,讀者不妨試著舉一反三,編寫出更多的圖像處理的函數(shù)來(lái),以充實(shí)并完善這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例.