利用Visual C#处理数字图像

　　引言：

　　微软的新的.NET平台为开发者带来了许多新的诸如GDI+、Globalization之类的编程机制，同时还发明了一门全新的类似Java的编程语言－C#。对于这些新知识，我们应尽快了解、掌握并试图运用到实践项目中去，而通过实例学习的方法无疑是一个非常有效的途径。本文就通过一个简单的实例，向大家展示了在Visual C#中如何运用GDI+和Unsafe代码类等技术以实现简单的数字图像处理。

　　一．概述：

　　本文的实例是一个数字图像处理的应用程序，它完成的功能包括对图像颜色的翻转、对图像进行灰度处理和对图像进行增亮处理。该程序对图像进行处理部分的代码包含在一个专门的Filters类里面，通过调用该类里的静态成员函数，我们就可以实现相应的图像处理功能了。为实现图像处理，我们要对图像进行逐个象素处理。我们知道图像是由一个个的象素点组成的，对一幅图像的每个象素进行了相应的处理，最后整个图像也就处理好了。在这个过程中，我们只需对每个象素点进行相应的处理，在处理过程中却不需要考虑周围象素点对其的影响，所以相对来说程序的实现就变得简单多了。

　　由于GDI+中的BitmapData类不提供对图像内部数据的直接访问的方法，我们唯一的办法就是使用指针来获得图像的内部数据，这时我们就得运用unsafe这个关键字来指明函数中访问图像内部数据的代码块了。在程序中，我还运用了打开文件和保存文件等选项，以使我们的辛勤劳动不付之东流。

　　二．程序的实现：

　　1．打开Visual Studio.net，新建一个Visual C#的项目，在模板中选择"Windows 应用程序"即可，项目名称可自定（这里为ImageProcessor）。

　　2．为使窗体能显示图像，我们需要重载窗体的OnPaint（）事件函数，在该函数中我们将一个图像绘制在程序的主窗体上，为了使窗体能显示不同尺寸大小的图像，我们还将窗体的AutoScroll属性设置为true。这样，根据图像的尺寸，窗体两边就会出现相应的滚动条。该函数的实现如下：

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．给主窗体添加一个主菜单，该主菜单完成了一些基本的操作，包括"打开文件"、"保存文件"、"退出"、"翻转操作"、"灰度操作"、"增亮操作"等。前面三个操作完成图像文件的打开和保存以及程序的退出功能，相应的事件处理函数如下：

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|所有合适文件(*.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为主窗体类的一个数据成员，声明为private System.Drawing.Bitmap m_Bitmap;（注：因为程序中用到了相关的类，所以在程序文件的开始处应添加using System.Drawing.Imaging;）同时，在该类的构造函数中，我们必须先给它new一个Bitmap对象：m_Bitmap = new Bitmap(2,2);上述代码中的this.Invalidate();完成主窗体的重绘工作，它调用了主窗体的OnPaint（）函数，结果就将打开的图像文件显示在主窗体上。

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|所有合适文件(*.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);一句完成了图像文件的保存，正是运用了GDI+的强大功能，我们只需这么一条简单的语句就完成了以前很大工作量的任务，所以合理运用.NET中的新机制一定会大大简化我们的工作的。

private void menuItemExit_Click(object sender, System.EventArgs e){this.Close();}

　　接下来，三个主要操作的事件处理函数如下：

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();}}

　　三个函数中分别调用了相应的图像处理函数Invert（）、Gray（）、Brightness（）等三个函数。这三个函数Filters类中的三个类型为public的静态函数（含有static关键字），它们的返回值类型均是bool型的，根据返回值我们可以决定是否进行主窗体的重绘工作。

　　Invert（）、Gray（）、Brightness（）等三个函数均包含在Filters类里面，Invert（）函数的算法如下：

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;yb.Height;++y){for(int x=0; x  nWidth; ++x ){p[0] = (byte)(255-p[0]);++p;}p += nOffset;}}b.UnlockBits(bmData);return true;}

　　该函数以及后面的函数的参数都是Bitmap类型的，它们传值的对象就是程序中所打开的图像文件了。该函数中的BitmapData类型的bmData包含了图像文件的内部信息，bmData的Stride属性指明了一条线的宽度，而它的Scan0属性则是指向图像内部信息的指针。本函数完成的功能是图像颜色的翻转，实现的方法即用255减去图像中的每个象素点的值，并将所得值设置为原象素点处的值，对每个象素点进行如此的操作，只到整幅图像都处理完毕。函数中的unsafe代码块是整个函数的主体部分，首先我们取得图像内部数据的指针，然后设置好偏移量，同时设置nWidth为b.Width*3，因为每个象素点包含了三种颜色成分，对每个象素点进行处理时便要进行三次处理。接下来运用两个嵌套的for循环完成对每个象素点的处理，处理的核心便是一句：p[0] = (byte)(255-p[0]);。在unsafe代码块后，便可运用b.UnlockBits(bmData)进行图像资源的释放。函数执行成功，最后返回true值。注：由于是要编译不安全代码，所以得将项目属性页中的"允许不安全代码块"属性设置为true，图示如下：

　　该函数实现的程序效果如下：

　　（处理前）

　　（处理后）

　　Gray（）函数的算法如下：

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;yb.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;}

　　本函数完成的功能是对图像进行灰度处理，我们的基本想法可是将每个象素点的三种颜色成分的值取平均值。然而由于人眼的敏感性，这样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个效果最好的参数：.299，.587，.114。不过在这里要向读者指明的是，在GDI+中图像存储的格式是BGR而非RGB，即其顺序为：Blue、Green、Red。所以在for循环内部一定要设置好red、green、blue等变量的值，切不可颠倒。函数执行成功后，同样返回true值。