|
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(jī)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(yùn)用到實(shí)踐項(xiàng)目中去，而通過實(shí)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(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)簡單的數(shù)字圖像處理。
一．概述：
本文的實(shí)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(jìn)行灰度處理和對圖像進(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(shí)現(xiàn)相應(yīng)的圖像處理功能了。為實(shí)現(xiàn)圖像處理，我們要對圖像進(jìn)行逐個象素處理。我們知道圖像是由一個個的象素點(diǎn)組成的，對一幅圖像的每個象素進(jìn)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(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的處理，在處理過程中卻不需要考慮周圍象素點(diǎn)對其的影響，所以相對來說程序的實(shí)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(yùn)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(yùn)用了打開文件和保存文件等選項(xiàng)，以使我們的辛勤勞動不付之東流。
二．程序的實(shí)現(xiàn)：
1．打開Visual Studio.net，新建一個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(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?yàn)槌绦蛑杏玫搅讼嚓P(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(yùn)用了GDI+的強(qiáng)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(yùn)用.NET中的新機(jī)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(jìn)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(shí)現(xiàn)的方法即用255減去圖像中的每個象素點(diǎn)的值，并將所得值設(shè)置為原象素點(diǎn)處的值，對每個象素點(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?yàn)槊總�象素點(diǎn)包含了三種顏色成分，對每個象素點(diǎn)進(jìn)行處理時便要進(jìn)行三次處理。接下來運(yùn)用兩個嵌套的for循環(huán)完成對每個象素點(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：
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(jìn)行灰度處理，我們的基本想法可是將每個象素點(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?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：
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(jìn)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(diǎn)的不同顏色成分進(jìn)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?yàn)镽GB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(shí)現(xiàn)的程序效果如下：
三．小結(jié)：
本文通過一個簡單的實(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)不僅可以大大簡化我們的編程工作，還可以提高編程的效率。不過我們在運(yùn)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(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，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(shí)并完善這個簡單的實(shí)例。
|
