C#进行图像处理的常见方法(Bitmap,BitmapData,IntPtr)使用详解

　　目录

　　介绍

　　在C#中，进行图像处理时主要会使用到 System.Drawing 命名空间中的几个关键类，其中Bitmap、BitmapData和IntPtr是进行高效像素操作的重要工具。以下是如何利用这些类进行图像处理的方法概述：

　　1.Bitmap 类:

　　System.Drawing.Bitmap 是一个封装了位图数据的类，它允许你加载、保存、显示和操作图像文件或内存中的位图资源。

　　使用 new Bitmap(width, height, pixelFormat) 创建一个新的空白位图。

　　通过 Bitmap.FromFile(path) 或 Bitmap.FromStream(stream) 加载图片文件。

　　提供 GetPixel(x, y) 和 SetPixel(x, y, color) 方法用于获取和设置单个像素的颜色，但请注意，这种方法对于大规模图像处理效率较低。

　　2.BitmapData 类:

　　BitmapData 代表了一个锁定的Bitmap对象的像素数据缓冲区，可以直接对像素进行读写操作以提高性能。

　　使用 Bitmap.LockBits(Rectangle area, ImageLockMode mode, PixelFormat format, out BitmapData data) 方法可以锁定Bitmap的部分或全部区域，从而获得指向该区域像素数据的指针。

　　data.Scan0 属性是一个IntPtr类型，指向第一个像素的数据地址。

　　解锁位图数据需要调用 Bitmap.UnlockBits(BitmapData) 来释放资源并确保图形设备正确更新。

　　3.IntPtr 类型与 Marshal 类:

　　IntPtr 是一个表示非托管指针（即内存地址）的数据类型。

　　在处理BitmapData时，通常会将Scan0属性所指向的内存块直接映射到托管代码中，以便于进行快速的像素操作。

　　使用 System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(IntPtr source, byte[] destination, int startIndex, int length) 将未托管的内存块内容复制到托管数组中，这样可以在C#中更方便地进行像素遍历和修改。

　　修改完成后，可以通过类似方法将修改后的数组内容复制回BitmapData所指向的内存区域。

　　综合以上，一个高效的图像处理流程可能是这样的：

　　这种方式避免了频繁调用GetPixel和SetPixel函数带来的性能瓶颈，实现了更快的图像处理速度。

　　Bitmap类

　　命名空间:System.Drawing

　　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。

　　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：

　　public void GetPixel_Example(PaintEventArgs e)

　　{

　　// Create a Bitmap object from an image file.

　　Bitmap myBitmap = new Bitmap("Grapes.jpg");

　　// Get the color of a pixel within myBitmap.

　　Color pixelColor = myBitmap.GetPixel(50, 50);

　　// Fill a rectangle with pixelColor.

　　SolidBrush pixelBrush = new SolidBrush(pixelColor);

　　e.Graphics.FillRectangle(pixelBrush, 0, 0, 100, 100);

　　}

　　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。

　　BitmapData类

　　命名空间:System.Drawing.Imaging

　　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。

　　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：

　　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。

　　Height 获取或设置 Bitmap 对象的像素高度。有时也称作扫描行数。

　　PixelFormat 获取或设置返回此 BitmapData 对象的 Bitmap 对象中像素信息的格式。

　　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。

　　Stride 获取或设置 Bitmap 对象的跨距宽度（也称为扫描宽度）。

　　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。

　　private void LockUnlockBitsExample(PaintEventArgs e)

　　{

　　// Create a new bitmap.

　　Bitmap bmp = new Bitmap("c:fakePhoto.jpg");

　　// Lock the bitmap‘s bits.

　　Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, bmp.Width, bmp.Height);

　　System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpData =

　　bmp.LockBits(rect, System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite,

　　bmp.PixelFormat);

　　// Get the address of the first line.

　　IntPtr ptr = bmpData.Scan0;

　　// Declare an array to hold the bytes of the bitmap.

　　int bytes = bmpData.Stride * bmp.Height;

　　byte[] rgbValues = new byte[bytes];

　　// Copy the RGB values into the array.

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

　　// Set every red value to 255.

　　for (int counter = 0; counter < rgbValues.Length; counter+=3)

　　rgbValues[counter] = 255;

　　// Copy the RGB values back to the bitmap

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

　　// Unlock the bits.

　　bmp.UnlockBits(bmpData);

　　// Draw the modified image.

　　e.Graphics.DrawImage(bmp, 0, 150);

　　}

　　//或

　　Bitmap bitmap = new Bitmap("image.jpg");

　　BitmapData bitmapData = bitmap.LockBits(new Rectangle(0, 0, bitmap.Width, bitmap.Height), ImageLockMode.ReadWrite, PixelFormat.Format32bppArgb);

　　// 对 BitmapData 进行图像处理操作

　　bitmap.UnlockBits(bitmapData);

　　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()。

　　IntPtr

　　使用 IntPtr 可以直接操作图像的内存数据。

　　通过获取图像的句柄（IntPtr），可以使用指针操作来访问和修改图像的像素值。

　　这种方法需要更高级的编程技能和对内存管理的了解。

　　Bitmap bitmap = new Bitmap("image.jpg");

　　IntPtr ptr = bitmap.LockBits(new Rectangle(0, 0, bitmap.Width, bitmap.Height), ImageLockMode.ReadWrite, PixelFormat.Format32bppArgb);

　　// 使用 IntPtr 进行图像处理操作

　　bitmap.UnlockBits(ptr);

　　unsafe代码

　　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：

　　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。

　　//创建图像

　　Bitmap image = new Bitmap( "c:imagesimage.gif" );

　　//获取图像的BitmapData对像

　　BitmapData data = image.LockBits( new Rectangle( 0 , 0 , image.Width , image.Height ) , ImageLockMode.ReadWrite , PixelFormat.Format24bppRgb );

　　//循环处理

　　unsafe

　　{

　　byte* ptr = ( byte* )( data.Scan0 );

　　for( int i = 0 ; i < data.Height ; i ++ )

　　{

　　for( int j = 0 ; j < data.Width ; j ++ )

　　{

　　// write the logic implementation here

　　ptr += 3;

　　}

　　ptr += data.Stride - data.Width * 3;

　　}

　　}

　　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。

　　字节对齐问题

　　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－－－－－－－－－－－｜

　　｜－－－－－－－Ｗｉｄｔｈ－－－－－－－－－|

　　Scan0：

　　ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＸＸ

　　ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＸＸ

　　ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＸＸ

　　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。

　　总结

　　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。

　　以上就是C#进行图像处理的常见方法(Bitmap,BitmapData,IntPtr)使用详解的详细内容，更多关于C#图像处理的资料请关注脚本之家其它相关文章！

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