引言：
微軟的新的.NET平臺為開發(fā)者帶來了許多新的諸如GDI+、Globalization之類的編程機制,同時還發(fā)明了一門全新的類似Java的編程語言－C#.對于這些新知識,我們應(yīng)盡快了解、掌握并試圖運用到實踐項目中去,而通過實例學(xué)習(xí)的方法無疑是一個非常有效的途徑.本文就通過一個簡單的實例,向大家展示了在Visual C#中如何運用GDI+和Unsafe代碼類等技術(shù)以實現(xiàn)簡單的數(shù)字圖像處理.
一．概述：
本文的實例是一個數(shù)字圖像處理的應(yīng)用程序,它完成的功能包括對圖像顏色的翻轉(zhuǎn)、對圖像進行灰度處理和對圖像進行增亮處理.該程序?qū)D像進行處理部分的代碼包含在一個專門的Filters類里面,通過調(diào)用該類里的靜態(tài)成員函數(shù),我們就可以實現(xiàn)相應(yīng)的圖像處理功能了.為實現(xiàn)圖像處理,我們要對圖像進行逐個象素處理.我們知道圖像是由一個個的象素點組成的,對一幅圖像的每個象素進行了相應(yīng)的處理,最后整個圖像也就處理好了.在這個過程中,我們只需對每個象素點進行相應(yīng)的處理,在處理過程中卻不需要考慮周圍象素點對其的影響,所以相對來說程序的實現(xiàn)就變得簡單多了.
由于GDI+中的BitmapData類不提供對圖像內(nèi)部數(shù)據(jù)的直接訪問的方法,我們唯一的辦法就是使用指針來獲得圖像的內(nèi)部數(shù)據(jù),這時我們就得運用unsafe這個關(guān)鍵字來指明函數(shù)中訪問圖像內(nèi)部數(shù)據(jù)的代碼塊了.在程序中,我還運用了打開文件和保存文件等選項,以使我們的辛勤勞動不付之東流.
二．程序的實現(xiàn)：
1．打開Visual Studio.net,新建一個Visual C#的項目,在模板中選擇"Windows 應(yīng)用程序"即可,項目名稱可自定(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,窗體兩邊就會出現(xiàn)相應(yīng)的滾動條.該函數(shù)的實現(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．給主窗體添加一個主菜單,該主菜單完成了一些基本的操作,包括"打開文件"、"保存文件"、"退出"、"翻轉(zhuǎn)操作"、"灰度操作"、"增亮操作"等.前面三個操作完成圖像文件的打開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為主窗體類的一個數(shù)據(jù)成員,聲明為private System.Drawing.Bitmap m_Bitmap;(注：因為程序中用到了相關(guān)的類,所以在程序文件的開始處應(yīng)添加using System.Drawing.Imaging;)同時,在該類的構(gòu)造函數(shù)中,我們必須先給它new一個Bitmap對象：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,正是運用了GDI+的強大功能,我們只需這么一條簡單的語句就完成了以前很大工作量的任務(wù),所以合理運用.NET中的新機制一定會大大簡化我們的工作的.
private void menuItemExit_Click( object sender, System.EventArgs e )
{
this.Close( );
}
接下來,三個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()等三個函數(shù).這三個函數(shù)Filters類中的三個類型為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行主窗體的重繪工作.
Invert()、Gray()、Brightness()等三個函數(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,它們傳值的對象就是程序中所打開的圖像文件了.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),實現(xiàn)的方法即用255減去圖像中的每個象素點的值,并將所得值設(shè)置為原象素點處的值,對每個象素點進行如此的操作,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,同時設(shè)置nWidth為b.Width*3,因為每個象素點包含了三種顏色成分,對每個象素點進行處理時便要進行三次處理.接下來運用兩個嵌套的for循環(huán)完成對每個象素點的處理,處理的核心便是一句：p[0] = ( byte )( 255-p[0] );.在unsafe代碼塊后,便可運用b.UnlockBits( bmData )進行圖像資源的釋放.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,所以得將項目屬性頁中的"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)完成的功能是對圖像進行灰度處理,我們的基本想法可是將每個象素點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效果最好的參數(shù)：.299,.587,.114.不過在這里要向讀者指明的是,在GDI+中圖像存儲的格式是BGR而非RGB,即其順序為：Blue、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)完成的功能是對圖像進行增亮處理,它比上面兩個函數(shù)多了一個增亮參數(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代碼部分對每個象素點的不同顏色成分進行逐個處理,即在原來值的基礎(chǔ)上加上一個增亮參數(shù)以獲得新的值.同時代碼中還有一個防止成分值越界的操作,因為RGB成分值的范圍為0～255,一旦超過了這個范圍就要重新設(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)：
本文通過一個簡單的實例向大家展現(xiàn)了用Visual C#以及GDI+完成數(shù)字圖像處理的基本方法,通過實例,我們不難發(fā)現(xiàn)合理運用新技術(shù)不僅可以大大簡化我們的編程工作,還可以提高編程的效率.不過我們在運用新技術(shù)的同時也得明白掌握基本的編程思想才是最主要的,不同的語言、不同的機制只是實現(xiàn)的具體方式不同而已,其內(nèi)在的思想還是相通的.對于上面的例子,掌握了編寫圖像處理函數(shù)的算法,用其他的方式實現(xiàn)也應(yīng)該是可行的.同時,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,以充實并完善這個簡單的實例.