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C# Bitmap与BitmapData理解
「许多图像处理任务即时是最简单的文件类型转换,例如从32位深度到8位深度的格式转化,直接获得像素阵列要比使用GetPixel和SetPixel等方法的效率高得多。(2020-9-24)」
使用lockbits方法处理图像

许多图像处理任务即时是最简单的文件类型转换,例如从32位深度到8位深度的格式转化,直接获得像素阵列要比使用GetPixel和SetPixel等方法的效率高得多。

你可能会发现DotNet采用托管机制,大多数情况下微软会推荐你使用托管代码,理由是便捷和安全。实际应用中,直接操作内存中的数据块是很少见的,尽管如此,图像处理恰恰是这类为数不多的情况之一,因为使用托管代码的效率低的难以忍受,特别是对巨幅图像来说,在此,我们讨论一下一种新的方法。

如何使用非托管代码是因语言而异的,在C#中我们可以通过unsafe关键字来调用指针,从而直接操作内存中的位图数据;VB则使用Marshal类中的方法,它会导致一部分的性能损失,因此效率不如前者。
锁定比特流

Bitmap类使用LockBits和UnLockBits方法来将位图的数据矩阵保存在内存中、直接对它进行操作,最后用修改后的数据代替位图中的原始数据。LockBits返回以各BitmapData的类用已描述数据在已锁定的矩阵中的位置和分布。
BitmapData类包括以下几个重要的属性:

Scan0:数据矩阵在内存中的地址。
Stride:数据矩阵中的行宽,以byte为单位。可能会扩展几个Byte,后面会介绍。
PixelFormat:像素格式,这对矩阵中字节的定位很重要。
Width:位图的宽度。
Height:位图的高度。
具体关系见下图:
在这里插入图片描述

如上图所示,stride属性表示位图数据矩阵的行宽,以byte为单位。出于效率考虑,矩阵的行宽并非刚好是每行像素数的整数倍,系统往往会将其封装成4的整数倍。举例来说,对于一幅24位深17像素宽的图像,其stride属性为52;每行的数据量为173=51,系统将其自动封装一个字节,所以它的stride为52byte(或134byte)。对于一幅17像素宽的4位索引图,其stride为12,其中9byte(准确地说是8.5个byte)用来记录数据信息,每行再自动添加3(3.5)个byte保证其为4的整数倍。
具体数据的分布因其pixel format而异。24位深的图像每隔3个byte包含一组RGB信息;32位深的图像每隔4个byte包含一组RGBA信息。那些每个字节包含多个像素的pixel format,比如4位索引图像或1位索引图像,必须经过仔细处理,从而保证同一字节中的相邻byte不会混淆。
指针的准确定位
32位RGB:假设X、Y为位图中像素的坐标,则其在内存中的地址为scan0+Ystride+X4。此时指针指向蓝色,其后分别是绿色、红色,alpha分量。
24位RGB:scan0+Ystride+X3。此时指针指向蓝色,其后分别是绿色和红色。
8位索引:scan0+Ystride+X。当前指针指向图像的调色盘。
4位索引:scan0+Ystride+(X/2)。当前指针所指的字节包括两个像素,通过高位和低位索引16色调色盘,其中高位表示左边的像素,低位表示右边的像素。
1位索引:scan0+Y*stride+X/8。当前指针所指的字节中的每一位都表示一个像素的索引颜色,调色盘为两色,最左边的像素为8,最右边的像素为0。
像素间使用迭代器
下面这个范例将一幅32位深的图像中所有像素的蓝色分量设为最大(255):
BitmapData bmd=bm.LockBits(new Rectangle(0, 0, 10, 10), System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadOnly, bm.PixelFormat);
int PixelSize=4;

for(int y=0; y {
byte* row=(byte *)bmd.Scan0+(y*bmd.Stride);
for(int x=0; x {
row[x*PixelSize]=255;
}
}

处理4位索引图,高低位应分开处理,代码如下:
int offset = (y * bmd.Stride) + (x >> 1);
byte currentByte = ((byte *)bmd.Scan0)[offset];
if((x&1) == 1)
{
currentByte &= 0xF0;
currentByte |= (byte)(colorIndex & 0x0F);
}
else
{
currentByte &= 0x0F;
currentByte |= (byte)(colorIndex << 4);
}
((byte *)bmd.Scan0)[offset]=currentByte;

处理1位索引的代码:
byte* p=(byte*)bmd.Scan0.ToPointer();
int index=y*bmd.Stride+(x>>3);
byte mask=(byte)(0x80>>(x&0x7));
if(pixel)
p[index]|=mask;
else
p[index]&=(byte)(mask^0xff);

最后在进行完所有处理后马不要忘记使用Unlockbits命令解锁。
(公泪)
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