浅析C#Image类

     <span style="font-size: 24px; "> </span><span style="font-size:18px;">进来初学C#，为了让记忆更深刻一点，避免日后需要用时反复做同样的工作，决定把现在查到的一些资料，和自己的一些理解记录下来。</span>

使用C#读图并不困难。Image类中提供了FromFile()函数，可以直接把指定了路径与文件名的图片载入到Image类的各种派生类中；FromFile函数在MSDN中的声明如下：

 C#自身提供了Picture Box控件，新建工程选择Windows应用程序，命名为Picture_Viewer，首先在添加控件OpenFileDialog,命名为ofdSelectPicture,然后添加Picture Box，命名为picShowPicture，同时添加button按钮，命名为btnSelectPicture。效果如下：

直接双击button按钮，进入代码段编辑如下代码：

<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：

对于码农来讲，更重要的应该是对于Image类应该如何使用，对像素值的访问和操作。于是查看MSDN发现：

Image类只提供了 GetType ，ToString 等方法，以及Height ,Width等属性，并未提供对数据成员的操作的方法。但是在Image 的派生类Bitmap类中，GetPixel 和 SetPixel等方法，可以方便的对图像的像素值进行操作。以SetPixel在MSDN中的声明为例：

x和y分表表示像素点的行列座标，color为要设置的像素值的颜色值。实例如下：

<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;

                // 注意这个地方图像的两维方向与数组两维的方向是转置的关系

                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，这种对于像素值的操作看似很简单，很方便，却是以牺牲时间代价为前提的。实验发现，对于一副640*480的图像的操作需要话费1至2分钟，更别提在图像上做其他的处理了。

 	由于C#托管代码中不能使用指针（经验证，即使是在unsafe代码中用指针操作，速度仍然很慢），因此我们就不能像C++里面一样直接利用指针在内存中完成读写操作。好在.NET Framework提供了托管内存与非托管内存之间的读写功能，一个强大的Marshal类，使得我们快速读写图像的像素信息成为可能。

	需要提到的就是Marshal.Copy 方法 ，该方法用于将托管数组复制到非托管内存指针，或者从非托管内存指针复制到托管数组中。Marshal.Copy 的重载方法很多，

	我值列出上图中橙色部分在MSDN中的声明：

	其中，source 为内存指针，从中进行复制，destination为要复制到的数组，startIndex为数组中COPY开始位置的从零开始的索引，length为要复制的数组中的元素的数目。

	然后再来看一下Bitmap类中的LockBits方法，该方法用于将Bitmap锁定到系统内存中，MSDN的声明如下：

	其中，rect指定要锁定的Bitmap区域，flags指定Bitmap的访问级别，format指定Bitmap的数据格式。flags的取值如下：

	由于LockBits的返回值类型为System.Drawing.Imaging.BitmapData，下面对BitmapData做一下介绍：

	要用到的即是Scan0和Stride方法，下面列出用Marshal类对Bitmap数据的操作的代码：

 <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);

                // 注意这个地方图像的两维方向与数组两维的方向是转置的关系

                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 中三基色的排列顺序是 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;
            }
        }

	这段代码仅仅适合于像素是24位RGB的图像（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（可以参见System.Drawing.Imaging.PixelFormat的成员），回写则与之相反，把需要写入的像素信息先写到byte数组中，再调用Marshal.Copy的第一个重载方法即可。代码如下：

 /// <summary>
        /// 由灰度矩阵创建位图
        /// </summary>
        /// <param name="Gray">灰度矩阵（取值0~255）</param>
        /// <returns>矩阵对应的位图</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;
        }

	参考资料：MSDN、http://ustc.blog.hexun.com/9374788_d.html。