C#图片处理常见方法性能比较
在.NET编程中，由于GDI+的出现，使得对于图像的处理功能大大增强。在文通过一个简单黑白处理实例介绍在.NET中常见的图片处理方法和原理并比较各种方法的性能。
黑白处理原理：彩色图像处理成黑白效果通常有3种算法；
(1).最大值法: 使每个像素点的 R, G, B 值等于原像素点的 RGB (颜色值) 中最大的一个；
(2).平均值法: 使用每个像素点的 R,G,B值等于原像素点的RGB值的平均值；
(3).加权平均值法: 对每个像素点的 R, G, B值进行加权
自认为第三种方法做出来的黑白效果图像最 "真实".
1.GetPixel方法
GetPixel(i,j)和SetPixel(i, j,Color)可以直接得到图像的一个像素的Color结构，但是处理速度比较慢.
/// <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++) //这里如果用i<curBitmap.Width做循环对性能有影响
{
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));
}
}
}
这里提一下，在循环次数控制时尽量不要用i<curBitmap.Width做循环条件，而是应当将其取出保存到一个变量中，这样循环时不用每次从curBitmp中取Width属性，从而提高性能。
尽管如此，直接提取像素法对大像素图片处理力不从心，处理一张1440*900的图片耗时2182ms.本人配置单：
处理之前截图：
处理后：
可以直观地看出用时间2056ms.多次测试有少许波动。
2.内存拷贝法
内存拷贝法就是采用System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy将图像数据拷贝到数组中，然后进行处理，这不需要直接对指针进行操作，不需采用unsafe，处理速度和指针处理相差不大，处理一副1440*900的图像大约需要34ms。
内存拷贝发和指针法都需用到的一个类：BitmapData
BitmapData类
BitmapData对象指定了位图的属性
1. Height属性：被锁定位图的高度.
2. Width属性：被锁定位图的高度.
3. PixelFormat属性：数据的实际像素格式.
4. Scan0属性：被锁定数组的首字节地址，如果整个图像被锁定，则是图像的第一个字节地址.
5. Stride属性：步幅，也称为扫描宽度.
如上图所示,数组的长度并不一定等于图像像素数组的长度,还有一部分未用区域,这涉及到位图的数据结构,系统要保证每行的字节数必须为4的倍数.
假设有一张图片宽度为6，因为是Format24bppRgb格式(每像素3字节。在以下的讨论中，除非特别说明，否则Bitmap都被认为是24位RGB)的，显然，每一行需要6*3=18个字节存储。对于Bitmap就是如此。但对于BitmapData，虽然BitmapData.Width还是等于Bitmap.Width，但大概是出于显示性能的考虑，每行的实际的字节数将变成大于等于它的那个离它最近的4的整倍数，此时的实际字节数就是Stride。就此例而言，18不是4的整倍数，而比18大的离18最近的4的倍数是20，所以这个BitmapData.Stride = 20。显然，当宽度本身就是4的倍数时，BitmapData.Stride = Bitmap.Width * 3。画个图可能更好理解(此图仅代表PixelFormat= PixelFormat. Format24bppRgb时适用，每个像素占3个字节共24位)。R、G、B 分别代表3个原色分量字节，BGR就表示一个像素。为了看起来方便我在每个像素之间插了个空格，实际上是没有的。X表示补足4的倍数而自动插入的字节。为了符合人类的阅读习惯我分行了，其实在计算机内存中应该看成连续的一大段。Scan0｜｜－－－－－－－Ｓｔｒｉｄｅ－－－－－－－－－－－｜｜－－－－－－－Ｗｉｄｔｈ－－－－－－－－－｜ ｜ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＸＸＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＸＸＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＢＧＲ ＸＸ.则对于Format24bppRgb格式，满足：
BitmapData.Width*3 + 每行未使用空间(上图的XX)=BitmapData.Stride
同理，很容易推倒对于Format32bppRgb或Format32bppPArgb格式，满足：
BitmapData.Width*4 + 每行未使用空间(上图的XX)=BitmapData.Stride
/// <summary>
/// 内存拷贝法
/// </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.指针法
指针在c#中属于unsafe操作，需要用unsafe括起来进行处理，速度最快，处理一副180*180的图像大约需要18ms。
采用byte* ptr = (byte*)(bmpData.Scan0); 获取图像数据根位置的指针，然后用bmpData.Scan0获取图像的扫描宽度，就可以进行指针操作了。
/// <summary>
/// 指针法
/// </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格式每个像素占3字节
}
ptr += bmpData.Stride - bmpData.Width * 3 ;//每行读取到最后“有用”数据时，跳过未使用空间XX
}
curBitmap.UnlockBits(bmpData);
}
以下是多组测试数据：
|
|
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 |
内存拷贝法 |
54ms |
33ms |
26ms |
20ms |
7ms |
0ms |
指针法 |
28ms |
17ms |
14ms |
10ms |
3ms |
0ms |
由此可见，指针法与直接提取像素法效率竟隔两个数量级!
