淺析C#Image類

     <span style="font-size: 24px; "> </span><span style="font-size:18px;">進來初學C#，爲了讓記憶更深刻一點，避免日後需要用時反覆做同樣的工作，決定把現在查到的一些資料，和自己的一些理解記錄下來。</span>

使用C#讀圖並不困難。Image類中提供了FromFile()函數，可以直接把指定了路徑與文件名的圖片載入到Image類的各種派生類中；FromFile函數在MSDN中的聲明如下：

 C#自身提供了Picture Box控件，新建工程選擇Windows應用程序，命名爲Picture_Viewer，首先在添加控件OpenFileDialog,命名爲ofdSelectPicture,然後添加Picture Box，命名爲picShowPicture，同時添加button按鈕，命名爲btnSelectPicture。效果如下：

直接雙擊button按鈕，進入代碼段編輯如下代碼：

<span style="white-space:pre">	</span>if (ofdSelectPicture.ShowDialog()==DialogResult.OK)
            {
                picShowPicture.Image = Image.FromFile(ofdSelectPicture.FileName);
                this.Text = string.Concat("Picture View(" + ofdSelectPicture.FileName + ")");
            }

效果展示：

對於碼農來講，更重要的應該是對於Image類應該如何使用，對像素值的訪問和操作。於是查看MSDN發現：

Image類只提供了 GetType ，ToString 等方法，以及Height ,Width等屬性，並未提供對數據成員的操作的方法。但是在Image 的派生類Bitmap類中，GetPixel 和 SetPixel等方法，可以方便的對圖像的像素值進行操作。以SetPixel在MSDN中的聲明爲例：

x和y分表表示像素點的行列座標，color爲要設置的像素值的顏色值。實例如下：

<span style="white-space:pre">	</span>public static bool GetRGB(Bitmap Source, out int[,] R, out int[,] G, out int[,] B)
        {
            try
            {
                int iWidth = Source.Width;
                int iHeight = Source.Height;

                // 注意這個地方圖像的兩維方向與數組兩維的方向是轉置的關係

                R = new int[iHeight, iWidth];
                G = new int[iHeight, iWidth];
                B = new int[iHeight, iWidth];

                for (int i = 0; i < iHeight; i++)
                {
                    for (int j = 0; j < iWidth; j++)
                    {
                        Color colCurr = Source.GetPixel(j, i);
                        R[i, j] = colCurr.R;
                        G[i, j] = colCurr.G;
                        B[i, j] = colCurr.B;
                    }
                }
                
                return true;
            }
            catch (Exception)
            {
                R = null;
                G = null;
                B = null;

                return false;
            }
        }

然而，這種對於像素值的操作看似很簡單，很方便，卻是以犧牲時間代價爲前提的。實驗發現，對於一副640*480的圖像的操作需要話費1至2分鐘，更別提在圖像上做其他的處理了。

 	由於C#託管代碼中不能使用指針（經驗證，即使是在unsafe代碼中用指針操作，速度仍然很慢），因此我們就不能像C++裏面一樣直接利用指針在內存中完成讀寫操作。好在.NET Framework提供了託管內存與非託管內存之間的讀寫功能，一個強大的Marshal類，使得我們快速讀寫圖像的像素信息成爲可能。

	需要提到的就是Marshal.Copy 方法 ，該方法用於將託管數組複製到非託管內存指針，或者從非託管內存指針複製到託管數組中。Marshal.Copy 的重載方法很多，

	我值列出上圖中橙色部分在MSDN中的聲明：

	其中，source 爲內存指針，從中進行復制，destination爲要複製到的數組，startIndex爲數組中COPY開始位置的從零開始的索引，length爲要複製的數組中的元素的數目。

	然後再來看一下Bitmap類中的LockBits方法，該方法用於將Bitmap鎖定到系統內存中，MSDN的聲明如下：

	其中，rect指定要鎖定的Bitmap區域，flags指定Bitmap的訪問級別，format指定Bitmap的數據格式。flags的取值如下：

	由於LockBits的返回值類型爲System.Drawing.Imaging.BitmapData，下面對BitmapData做一下介紹：

	要用到的即是Scan0和Stride方法，下面列出用Marshal類對Bitmap數據的操作的代碼：

 <span style="white-space:pre">	</span>try
            {
                int iWidth = Source.Width;
                int iHeight = Source.Height;
                
                Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, iWidth, iHeight);
                System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpData = Source.LockBits(rect, System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite, Source.PixelFormat);
                IntPtr iPtr = bmpData.Scan0;

                int iBytes = iWidth * iHeight * 3;
                byte[] PixelValues = new byte[iBytes];
                System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(iPtr, PixelValues, 0, iBytes);
                Source.UnlockBits(bmpData);

                // 注意這個地方圖像的兩維方向與數組兩維的方向是轉置的關係

                R = new int[iHeight, iWidth];
                G = new int[iHeight, iWidth];
                B = new int[iHeight, iWidth];

                int iPoint = 0;

                for (int i = 0; i < iHeight; i++)
                {
                    for (int j = 0; j < iWidth; j++)
                    {
                        // 注意，Windows 中三基色的排列順序是 BGR 而不是 RGB！
                        B[i, j] = Convert.ToInt32(PixelValues[iPoint++]);
                        G[i, j] = Convert.ToInt32(PixelValues[iPoint++]);
                        R[i, j] = Convert.ToInt32(PixelValues[iPoint++]);
                    }
                }

                return true;
            }
            catch (Exception)
            {
                R = null;
                G = null;
                B = null;

                return false;
            }
        }

	這段代碼僅僅適合於像素是24位RGB的圖像（8位R、8位B和8位G，不包含Alpha通道，Format24bppRgb），如果要其它像素格式的（可以參見System.Drawing.Imaging.PixelFormat的成員），回寫則與之相反，把需要寫入的像素信息先寫到byte數組中，再調用Marshal.Copy的第一個重載方法即可。代碼如下：

 /// <summary>
        /// 由灰度矩陣創建位圖
        /// </summary>
        /// <param name="Gray">灰度矩陣（取值0~255）</param>
        /// <returns>矩陣對應的位圖</returns>
        public static Bitmap FromGray(int[,] Gray)
        {
            int iWidth = Gray.GetLength(1);
            int iHeight = Gray.GetLength(0);
            Bitmap Result=new Bitmap(iWidth,iHeight,System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format24bppRgb);

            Rectangle rect=new Rectangle(0,0,iWidth,iHeight);
            System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpData = Result.LockBits(rect, System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite, System.Drawing.Imaging.PixelFormat.Format24bppRgb);
            IntPtr iPtr = bmpData.Scan0;
            int iStride = bmpData.Stride;

            int iBytes = iWidth * iHeight * 3;
            byte[] PixelValues = new byte[iBytes];

            int iPoint=0;
            
            for (int i=0;i<iHeight;i++)
                for (int j = 0; j < iWidth; j++)
                {                    
                    int iGray = Gray[i, j];
                    PixelValues[iPoint] = PixelValues[iPoint + 1] = PixelValues[iPoint + 2] = Convert.ToByte(iGray);
                    iPoint += 3;
                }

            System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(PixelValues, 0, iPtr, iBytes);

            Result.UnlockBits(bmpData);

            return Result;
        }

	參考資料：MSDN、http://ustc.blog.hexun.com/9374788_d.html。