C#圖片處理常見方法效能比較

在.NET編程中，由於GDI+的出現，使得對於映像的處理功能大大增強。在文通過一個簡單黑白處理執行個體介紹在.NET中常見的圖片處理方法和原理並比較各種方法的效能。

 

黑白處理原理：彩色影像處理成黑白效果通常有3種演算法；

(1).最大值法: 使每個像素點的 R, G, B 值等於原像素點的 RGB (顏色值) 中最大的一個；

(2).平均值法: 使用每個像素點的 R,G,B值等於原像素點的RGB值的平均值；

(3).加權平均值法: 對每個像素點的 R, G, B值進行加權

自認為第三種方法做出來的黑白像最 "真實".

 

1.GetPixel方法

 GetPixel(i,j)和SetPixel(i, j,Color)可以直接得到映像的一個像素的Color結構，但是處理速度比較慢.

 /// <summary>
/// 像素法
/// </summary>
/// <param name="curBitmap"></param>
        private void PixelFun(Bitmap curBitmap)
        {
int width = curBitmap.Width;
int height = curBitmap.Height;
for (int i = 0; i <width; i++) //這裡如果用i<curBitmap.Width做迴圈對效能有影響
            {
for (int j = 0; j < height; j++)
                {
                   Color  curColor = curBitmap.GetPixel(i, j);
int ret = (int)(curColor.R * 0.299 + curColor.G * 0.587 + curColor.B * 0.114);
                    curBitmap.SetPixel(i, j, Color.FromArgb(ret, ret, ret));
                }
            }
 }

這裡提一下，在迴圈次數控制時盡量不要用i<curBitmap.Width做迴圈條件，而是應當將其取出儲存到一個變數中，這樣迴圈時不用每次從curBitmp中取Width屬性，從而提高效能。

儘管如此，直接提取像素法對大像素圖片處理力不從心，處理一張1440*900的圖片耗時2182ms.本人配置單：

處理之前：

處理後：

 

可以直觀地看出用時間2056ms.多次測試有少許波動。

2.記憶體拷貝法

記憶體拷貝法就是採用System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy將映像資料拷貝到數組中，然後進行處理，這不需要直接對指標進行操作，不需採用unsafe，處理速度和指標處理相差不大，處理一副1440*900的映像大約需要34ms。

記憶體拷貝發和指標法都需用到的一個類：BitmapData

BitmapData類

BitmapData對象指定了位元影像的屬性

1.       Height屬性：被鎖定位元影像的高度.

2.       Width屬性：被鎖定位元影像的高度.

3.       PixelFormat屬性：資料的實際像素格式.

4.       Scan0屬性：被鎖定數組的首位元組地址，如果整個映像被鎖定，則是映像的第一個位元組地址.

5.       Stride屬性：步幅，也稱為掃描寬度.

如所示,數組的長度並不一定等於映像像素數組的長度,還有一部分未用地區,這涉及到位元影像的資料結構,系統要保證每行的位元組數必須為4的倍數.

假設有一張圖片寬度為6，因為是Format24bppRgb格式(每像素3位元組。在以下的討論中，除非特別說明，否則Bitmap都被認為是24位RGB)的，顯然，每一行需要6*3=18個位元組儲存。對於Bitmap就是如此。但對於BitmapData，雖然BitmapData.Width還是等於Bitmap.Width，但大概是出於顯示效能的考慮，每行的實際的位元組數將變成大於等於它的那個離它最近的4的整倍數，此時的實際位元組數就是Stride。就此例而言，18不是4的整倍數，而比18大的離18最近的4的倍數是20，所以這個BitmapData.Stride = 20。顯然，當寬度本身就是4的倍數時，BitmapData.Stride = Bitmap.Width * 3。

畫個圖可能更好理解(此圖僅代表PixelFormat= PixelFormat. Format24bppRgb時適用，每個像素佔3個位元組共24位)。R、G、B 分別代表3個原色分量位元組，BGR就表示一個像素。為了看起來方便我在每個像素之間插了個空格，實際上是沒有的。X表示補足4的倍數而自動插入的位元組。為了符合人類的閱讀習慣我分行了，其實在電腦記憶體中應該看成連續的一大段。

Scan0
｜
｜－－－－－－－Ｓｔｒｉｄｅ－－－－－－－－－－－｜
｜－－－－－－－Ｗｉｄｔｈ－－－－－－－－－｜　　｜
ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＸＸ
ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＸＸ
ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＢＧＲ　ＸＸ
.
則對於Format24bppRgb格式，滿足：

BitmapData.Width*3 + 每行未使用空間(的XX)=BitmapData.Stride

 

同理，很容易推倒對於Format32bppRgb或Format32bppPArgb格式，滿足：

BitmapData.Width*4 + 每行未使用空間(的XX)=BitmapData.Stride

  /// <summary>
/// 記憶體拷貝法
/// </summary>
/// <param name="curBitmap"></param>
        private unsafe void MemoryCopy(Bitmap curBitmap)
        {
int width = curBitmap.Width;
int height = curBitmap.Height;

            Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, curBitmap.Width, curBitmap.Height);
            System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpData = curBitmap.LockBits(rect, System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite,PixelFormat.Format24bppRgb);//curBitmap.PixelFormat

            IntPtr ptr = bmpData.Scan0;
int bytesCount = bmpData.Stride * bmpData.Height;
byte[] arrDst = new byte[bytesCount];
            Marshal.Copy(ptr, arrDst, 0, bytesCount);

for (int i = 0; i < bytesCount; i+=3)
            {
byte colorTemp = (byte)(arrDst[i + 2] * 0.299 + arrDst[i + 1] * 0.587 + arrDst[i] * 0.114);
                arrDst[i] = arrDst[i + 1] = arrDst[i + 2] = (byte)colorTemp;

            }
            Marshal.Copy(arrDst, 0, ptr, bytesCount);
            curBitmap.UnlockBits(bmpData);
        }

 3.指標法

指標在c#中屬於unsafe操作，需要用unsafe括起來進行處理，速度最快，處理一副180*180的映像大約需要18ms。

 

採用byte* ptr = (byte*)(bmpData.Scan0); 擷取映像資料根位置的指標，然後用bmpData.Scan0擷取映像的掃描寬度，就可以進行指標操作了。

 

    /// <summary>
/// 指標法
/// </summary>
/// <param name="curBitmap"></param>
        private unsafe void PointerFun(Bitmap curBitmap)
        {
int width = curBitmap.Width; 
int height = curBitmap.Height;

            Rectangle rect = new Rectangle(0, 0, curBitmap.Width, curBitmap.Height);
            System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpData = curBitmap.LockBits(rect, System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.ReadWrite,PixelFormat.Format24bppRgb );//curBitmap.PixelFormat
            byte temp = 0;
int w = bmpData.Width;
int h = bmpData.Height;
byte* ptr = (byte*)(bmpData.Scan0);
for (int i = 0; i < h; i++)
                {
for (int j = 0; j <w; j++)
                    {
                       temp = (byte)(0.299 * ptr[2] + 0.587 * ptr[1] + 0.114 * ptr[0]);
                        ptr[0] = ptr[1] = ptr[2] = temp;
                        ptr +=3; //Format24bppRgb格式每個像素佔3位元組
                    }
                    ptr += bmpData.Stride - bmpData.Width * 3 ;//每行讀取到最後“有用”資料時，跳過未使用空間XX
                }
            curBitmap.UnlockBits(bmpData);    
        }

以下是多組測試資料：

	1920*1080	1440*900	1208*800	1024*768	500*544	200*169
直接提取像素法	1705ms	1051ms	1710ms	1340ms	450ms	32ms
記憶體拷貝法	54ms	33ms	26ms	20ms	7ms	0ms
指標法	28ms	17ms	14ms	10ms	3ms	0ms

由此可見，指標法與直接提取像素法效率竟隔兩個數量級!

 比較以上方法優缺點：1.總體上效能 指標法略強於記憶體拷貝法，直接提取像素法效能最低；2.對大圖片處理指標法和記憶體拷貝法效能提升明顯，對小圖片都比較快；3.直接提取像素法簡單易用，而且不必關注圖片像素格式(PixelFormat),為安全的程式碼；記憶體拷貝法和指標法如果不改變原圖片像素格式要針對不同的像素格式做不同的處理，且為不安全的程式碼。