分析图像的颜色



我裁剪了一部分图像,并通过12个轨迹条定义了2个颜色范围(H/S/L)。我还有一个"精度/速度"滑块,范围从1到10。

我需要分析图像中每个指定颜色范围中有多少像素
基于精度/速度滑块,我跳过了一些行/像素。

它工作得很好,但太慢了。对于高精度(轨迹条值=1),大约需要550毫秒。
对于低精度但高速度(轨迹条数值=10),大约大约需要5毫秒。

有没有办法加快这个代码的速度?理想情况下,我需要它快5倍。

For y As Integer = 0 To 395
If y Mod 2 = 0 Then
startpixel = tbval / 2
Else
startpixel = 0
End If
If y Mod tbval = 0 Then
For x As Integer = 0 To 1370
If x Mod tbval - startpixel = 0 Then
analyzedpixels = analyzedpixels + 1
Dim pColor As Color = crop.GetPixel(x, y)
Dim h As Integer = pColor.GetHue
Dim s As Integer = pColor.GetSaturation * 100
Dim l As Integer = pColor.GetBrightness * 100
'verify if it is part of the first color
If h >= h1min And h <= h1max And s >= s1min And s <= s1max And l >= l1min And l <= l1max Then
color1pixels = color1pixels + 1
End If
If h >= h2min And h <= h2max And s >= s2min And s <= s2max And l >= l2min And l <= l2max Then
color2pixels = color2pixels + 1
End If
End If
Next
End If
Next

编辑:

这是工作代码。。

Dim rect As New Rectangle(0, 0, crop.Width, crop.Height)
Dim bdata As Imaging.BitmapData = crop.LockBits(rect, Imaging.ImageLockMode.ReadOnly, crop.PixelFormat)
Dim ptr As IntPtr = bdata.Scan0
Dim bytes As Integer = Math.Abs(bdata.Stride) * crop.Height
Dim rgbValues As Byte() = New Byte(bytes - 1) {}
System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(ptr, rgbValues, 0, bytes)
For i As Integer = 0 To crop.Height - 1
If i Mod 2 = 0 Then
startpixel = tbval / 2
Else
startpixel = 0
End If
If i Mod tbval = 0 Then
For j As Integer = 0 To crop.Width - 1
If j Mod tbval - startpixel = 0 Then
analyzedpixels = analyzedpixels + 1
Dim position = (bdata.Stride * i) + j * 4
Dim c = Color.FromArgb(BitConverter.ToInt32(rgbValues, position))
Dim h As Integer = c.GetHue
Dim s As Integer = c.GetSaturation * 100
Dim l As Integer = c.GetBrightness * 100
If h >= h1min And h <= h1max And s >= s1min And s <= s1max And l >= l1min And l <= l1max Then
color1pixels = color1pixels + 1
End If
If h >= h2min And h <= h2max And s >= s2min And s <= s2max And l >= l2min And l <= l2max Then
color2pixels = color2pixels + 1
End If
End If
stride += 4
Next
End If
Next
crop.UnlockBits(bdata)

当对位图的颜色数据执行顺序操作时,Bitmap.LockBits方法可以大幅提高性能,因为位图数据只需要在内存中加载一次,而不是顺序的GetPixel/SetPixel调用:每次调用都会在内存中装载位图数据的一部分,然后丢弃它,以在再次调用这些方法时重复该过程。

如果只需要调用GetPixel/SetPixel,这些方法可能比Bitmap.LockBits()具有性能优势。但是,在这种情况下,在实践中,表现并不是一个因素。

Bitmap.LockBits()的工作原理

这是函数调用:

public BitmapData LockBits (Rectangle rect, ImageLockMode flags, PixelFormat format);
// VB.Net
Public LockBits (rect As Rectangle, flags As ImageLockMode, format As PixelFormat) As BitmapData
  • rect As Rectangle:此参数指定我们感兴趣的位图数据的部分;此部分的字节将加载到内存中。它可以是位图的整个大小,也可以是位图中较小的部分

  • flags AsImageLockMode:指定要执行的锁的类型。对内存的访问可以限制为读取或写入,或者允许并行读取/写入操作
    它还可以用于指定-设置ImageLockMode.UserInputBuffer-BitmapData对象由调用代码提供
    BitmapData对象定义了一些位图属性(位图的WidthHeight,扫描线的宽度(Stride:组成一行像素的字节数,由Bitmap.Width乘以每个像素的字节数来表示,四舍五入为4字节边界。请参阅有关Stride的说明)
    BitmapData.Scan0属性是指向存储位图数据的初始内存位置的指针(IntPtr)
    此属性允许指定已存储预先存在的位图数据缓冲区的内存位置。当使用指针在进程之间交换位图数据时,它会变得很有用
    请注意,有关ImageLockMode.UserInputBuffer的MSDN文档令人困惑(如果没有错的话)。

  • format AsPixelFormat:用于描述单个像素的颜色的格式。在实践中,它转换为用于表示颜色的字节数
    PixelFormat = Format24bppRgb时,每个颜色由3个字节(RGB值)表示。对于PixelFormat.Format32bppArgb,每个颜色由4个字节表示(RGB值+Alpha)
    索引格式,如Format8bppIndexed,指定每个字节值都是Palette条目的索引。Palette是位图信息的一部分,但像素格式为PixelFormat.Indexed时除外:在这种情况下,每个值都是系统颜色表中的一个条目
    如果未指定,则新位图对象的默认PixelFormatPixelFormat.Format32bppArgbPixelFormat.Canonical

关于Stride的重要注意事项:

如前所述,Stride(也称为扫描线)表示组成一行像素的字节数。由于硬件对齐要求,它总是四舍五入到4字节的边界(4的整数倍)。

Stride =  [Bitmap Width] * [bytes per Color]
Stride += (Stride Mod 4) * [bytes per Color]

这就是为什么我们总是使用PixelFormat.Format32bppArgb创建的位图的原因之一:位图的Stride总是与所需的边界对齐。

如果位图的格式是PixelFormat.Format24bppRgb(每种颜色3个字节),该怎么办?

如果位图的Width乘以每像素字节数不是4的倍数,则Stride将填充0以填补空白。

大小为(100 x 100)的位图在32位和24位格式中都没有填充:

100 * 3 = 300 : 300 Mod 4 = 0 : Stride = 300
100 * 4 = 400 : 400 Mod 4 = 0 : Stride = 400

大小为(99 x 100):的位图会有所不同

99 * 3 = 297 : 297 Mod 4 = 1 : Stride = 297 + ((297 Mod 4) * 3) = 300
99 * 4 = 396 : 396 Mod 4 = 0 : Stride = 396

24位位图的Stride被填充,添加3个字节(设置为0)以填充边界。

当我们检查/修改通过坐标访问单个像素的内部值时,这不是问题,类似于SetPixel/GetPixel的操作方式:像素的位置总是可以正确找到。

假设我们需要检查/更改大小为(99 x 100)的位图中位置(98, 70)处的像素
仅考虑每个像素的字节数。缓冲区内的像素位置为:

[Bitmap] = new Bitmap(99, 100, PixelFormat = Format24bppRgb)
[Bytes x pixel] = Image.GetPixelFormatSize([Bitmap].PixelFormat) / 8
[Pixel] = new Point(98, 70)
[Pixel Position] = ([Pixel].Y * [BitmapData.Stride]) + ([Pixel].X * [Bytes x pixel])
[Color] = Color.FromArgb([Pixel Position] + 2, [Pixel Position] + 1, [Pixel Position])

将像素的垂直位置乘以扫描线的宽度,缓冲区内的位置将始终正确:填充大小包含在计算中
下一个位置的像素颜色(0, 71)将返回预期结果:

按顺序读取颜色字节时会有所不同
第一个扫描行将返回有效结果,直到最后一个像素(最后3个字节):接下来的3个字节将返回用于取整Stride的字节值,全部设置为0

这可能也不是问题。例如,应用过滤器时,表示像素的每个字节序列都会使用过滤器矩阵的值进行读取和修改:我们只需修改3个字节的序列,在渲染位图时不会考虑这些字节。

但如果我们正在搜索特定的像素序列,这确实很重要:读取不存在的像素Color可能会影响结果和/或使算法失衡
对位图的颜色执行统计分析时也是如此。

当然,我们可以在循环中添加一个检查:if [Position] Mod [BitmapData].Width = 0 : continue
但这会为每次迭代添加一个新的计算。

实践中的操作

简单的解决方案(更常见的解决方案)是创建一个格式为PixelFormat.Format32bppArgb的新位图,因此Stride将始终正确对齐:

Imports System.Drawing
Imports System.Drawing.Imaging
Imports System.Runtime.InteropServices
Private Function CopyTo32BitArgb(image As Image) As Bitmap
Dim imageCopy As New Bitmap(image.Width, image.Height, PixelFormat.Format32bppArgb)
imageCopy.SetResolution(image.HorizontalResolution, image.VerticalResolution)
For Each propItem As PropertyItem In image.PropertyItems
imageCopy.SetPropertyItem(propItem)
Next
Using g As Graphics = Graphics.FromImage(imageCopy)
g.DrawImage(image,
New Rectangle(0, 0, imageCopy.Width, imageCopy.Height),
New Rectangle(0, 0, image.Width, image.Height),
GraphicsUnit.Pixel)
g.Flush()
End Using
Return imageCopy
End Function

这将生成具有相同DPI定义的字节兼容位图;图像。PropertyItems也从源映像中复制。

为了测试它,让我们对图像应用一个深褐色过滤器,使用它的副本来执行位图数据所需的所有修改:

Public Function BitmapFilterSepia(source As Image) As Bitmap
Dim imageCopy As Bitmap = CopyTo32BitArgb(source)
Dim imageData As BitmapData = imageCopy.LockBits(New Rectangle(0, 0, source.Width, source.Height),
ImageLockMode.ReadOnly, PixelFormat.Format32bppArgb)
Dim buffer As Byte() = New Byte(Math.Abs(imageData.Stride) * imageCopy.Height - 1) {}
Marshal.Copy(imageData.Scan0, buffer, 0, buffer.Length)
Dim bytesPerPixel = Image.GetPixelFormatSize(source.PixelFormat)  8;
Dim red As Single = 0, green As Single = 0, blue As Single = 0
Dim pos As Integer = 0
While pos < buffer.Length
Dim color As Color = Color.FromArgb(BitConverter.ToInt32(buffer, pos))
' Dim h = color.GetHue()
' Dim s = color.GetSaturation()
' Dim l = color.GetBrightness()
red = buffer(pos) * 0.189F + buffer(pos + 1) * 0.769F + buffer(pos + 2) * 0.393F
green = buffer(pos) * 0.168F + buffer(pos + 1) * 0.686F + buffer(pos + 2) * 0.349F
blue = buffer(pos) * 0.131F + buffer(pos + 1) * 0.534F + buffer(pos + 2) * 0.272F
buffer(pos + 2) = CType(Math.Min(Byte.MaxValue, red), Byte)
buffer(pos + 1) = CType(Math.Min(Byte.MaxValue, green), Byte)
buffer(pos) = CType(Math.Min(Byte.MaxValue, blue), Byte)
pos += bytesPerPixel
End While
Marshal.Copy(buffer, 0, imageData.Scan0, buffer.Length)
imageCopy.UnlockBits(imageData)
imageData = Nothing
Return imageCopy
End Function

Bitmap.LockBits不一定总是可用的最佳选择
使用ColorMatrix类也可以很容易地执行应用过滤器的相同过程,该类允许仅使用一个简单的浮点数组(Single)值将5x5矩阵转换应用于位图。

例如,让我们使用ColorMatrix类和众所周知的5x5矩阵应用灰度滤波器:

Public Function BitmapMatrixFilterGreyscale(source As Image) As Bitmap
' A copy of the original is not needed but maybe desirable anyway 
' Dim imageCopy As Bitmap = CopyTo32BitArgb(source)
Dim filteredImage = New Bitmap(source.Width, source.Height, source.PixelFormat)
filteredImage.SetResolution(source.HorizontalResolution, source.VerticalResolution)
Dim grayscaleMatrix As New ColorMatrix(New Single()() {
New Single() {0.2126F, 0.2126F, 0.2126F, 0, 0},
New Single() {0.7152F, 0.7152F, 0.7152F, 0, 0},
New Single() {0.0722F, 0.0722F, 0.0722F, 0, 0},
New Single() {0, 0, 0, 1, 0},
New Single() {0, 0, 0, 0, 1}
})
Using g As Graphics = Graphics.FromImage(filteredImage), attributes = New ImageAttributes()
attributes.SetColorMatrix(grayscaleMatrix)
g.DrawImage(source, New Rectangle(0, 0, source.Width, source.Height),
0, 0, source.Width, source.Height, GraphicsUnit.Pixel, attributes)
End Using
Return filteredImage
End Function

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