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運(yùn)用Visual C#完成基本數(shù)字圖像處理

2024-07-21 02:27:06
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供稿:網(wǎng)友

一.概述:

   本文的實例是一個數(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),我們就可以實現(xiàn)相應(yīng)的圖像處理功能了。為實現(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,以使我們的辛勤勞動不付之東流。

 

二.程序的實現(xiàn):

   1.打開visual studio.net,新建一個visual c#的項目,在模板中選擇"windows 應(yīng)用程序"即可,項目名稱可自定(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:因為程序中用到了相關(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,因為每個象素點(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)實現(xiàn)的程序效果如下:

 

   (處理前)

 

   (處理后)

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,即其順序為:blue、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)實現(xiàn)的程序效果如下:

 

   (處理前)

 

   (處理后)

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,因為rgb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)實現(xiàn)的程序效果如下:

 

   首先,我們把圖像增亮的參數(shù)設(shè)置為100(其范圍為-255~255),然后執(zhí)行效果如下,讀者也可嘗試其他的參數(shù)值。

 

   (處理前)

 

   (處理后)

三.小結(jié):

   本文通過一個簡單的實例向大家展現(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,以充實并完善這個簡單的實例。


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