C# - 将8位或16位灰度原始像素数据转换

Question

我需要能够将8位或16位灰度像素数据转换为.NET框架支持的文件格式。

我现在手头有的数据是宽度、高度、方向（左下角）和像素格式，即4096个灰度级（12位分辨率），每个像素占2个字节。

例如，每个像素的范围为0到4096，每个像素占2个字节。

我已经尝试使用PixelFormat.Format16bppGrayScale和Bitmap构造函数，但它会抛出GDI+异常。所有我读过的资料都说这种格式不被支持，MSDN也是错误的。

我想将这个像素缓冲区转换为.NET Bitmap格式（如Format32bppArgb），并尽可能少地损失图像质量。

有人知道怎么做吗？

- Trevor Elliott

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为什么不直接创建位图并复制它，这样你就可以将其保存为PNG格式？听起来不会很困难，也许只需要一个小时的工作。 - James Black

重现它需要什么？你能详细说明一下吗？ - Trevor Elliott

只需在需要重现图像的位置绘制每个像素。 - James Black

Answer 1

请看下面的示例，它预先计算了查找表（LUT）并使用它来转换每个像素。这个版本涵盖了12位的情况；对于8位的情况，代码非常相似，但很难在像素格式上进行泛化。

从12位GS到有效的8位GS的转换将会丢失数据。但是，您可以调整LUT表以便更好地对焦于输入值范围更小、对比度更好的值（例如DICOM窗口中心/窗口宽度）。

class Program
{
    static void Main( string[] args )
    {
        // Test driver - create a Wedge, convert to Bitmap, save to file
        //
        int width = 4095;
        int height = 1200;
        int bits = 12;

        byte[] wedge = Wedge( width, height, bits );

        Bitmap bmp = Convert( wedge, width, height, bits );

        string file = "wedge.png";

        bmp.Save( file );

        Process.Start( file );
    }

    static Bitmap Convert( byte[] input, int width, int height, int bits )
    {
        // Convert byte buffer (2 bytes per pixel) to 32-bit ARGB bitmap

        var bitmap = new Bitmap( width, height, PixelFormat.Format32bppArgb );

        var rect = new Rectangle( 0, 0, width, height );

        var lut = CreateLut( bits );

        var bitmap_data = bitmap.LockBits( rect, ImageLockMode.WriteOnly, bitmap.PixelFormat );

        ConvertCore( width, height, bits, input, bitmap_data, lut );

        bitmap.UnlockBits( bitmap_data );

        return bitmap;
    }

    static unsafe void ConvertCore( int width, int height, int bits, byte[] input, BitmapData output, uint[] lut )
    {
        // Copy pixels from input to output, applying LUT

        ushort mask = (ushort)( ( 1 << bits ) - 1 );

        int in_stride = output.Stride;
        int out_stride = width * 2;

        byte* out_data = (byte*)output.Scan0;

        fixed ( byte* in_data = input )
        {
            for ( int y = 0; y < height; y++ )
            {
                uint* out_row = (uint*)( out_data + ( y * in_stride ) );

                ushort* in_row = (ushort*)( in_data + ( y * out_stride ) );

                for ( int x = 0; x < width; x++ )
                {
                    ushort in_pixel = (ushort)( in_row[ x ] & mask );

                    out_row[ x ] = lut[ in_pixel ];
                }
            }
        }
    }

    static uint[] CreateLut( int bits )
    {
        // Create a linear LUT to convert from grayscale to ARGB

        int max_input = 1 << bits;

        uint[] lut = new uint[ max_input ];

        for ( int i = 0; i < max_input; i++ )
        {
            // map input value to 8-bit range
            //
            byte intensity = (byte)( ( i * 0xFF ) / max_input );

            // create ARGB output value A=255, R=G=B=intensity
            //
            lut[ i ] = (uint)( 0xFF000000L | ( intensity * 0x00010101L ) );
        }

        return lut;
    }

    static byte[] Wedge( int width, int height, int bits )
    {
        // horizontal wedge

        int max = 1 << bits;

        byte[] pixels = new byte[ width * height * 2 ];

        for ( int y = 0; y < height; y++ )
        {
            for ( int x = 0; x < width; x++ )
            {
                int pixel = x % max;

                int addr = ( ( y * width ) + x ) * 2;

                pixels[ addr + 1 ] = (byte)( ( pixel & 0xFF00 ) >> 8 );
                pixels[ addr + 0 ] = (byte)( ( pixel & 0x00FF ) );
            }
        }

        return pixels;
    }
}

- lnmx

Answer 2

欺骗16b格式并使用ColorMatrix在显示之前正确映射它。

我还没有在Windows上对这种方法进行性能测试，但在其他平台（例如Android）上，我需要高效的内存存储和快速重新映射12b或16b数据中的不同范围时，我已经充分利用了这种技术。

我告诉它我的12/16b灰度数据实际上是RGB565，以便它可以愉快地序列化、反序列化和进行其他操作。当我需要显示时，我通过一个ColorMatrix将适当的窗口映射到ARGB8888中的8b灰度。

如果有人想尝试这个，我会发布我的映射算法。

- Riker

Answer 3

有两种可能的方法：

• 使用位图构造函数指向任意缓冲区。这需要您保留缓冲区，直到位图被处理掉，但可以避免在内存中不必要的位图数据复制。
• LockBits方法可用于获取位图数据的指针。在这种情况下，按照通常的方式构建所需尺寸和格式的位图。然后调用LockBits并将位图数据复制到缓冲区中。这会更慢，但如果您的数据不是位图构造函数可以直接接受的格式，因此需要某种自定义转换，则这是必要的。

- James Johnston

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我无法直接复制像素数据。Bitmap构造函数需要指定一个PixelFormat，而源像素格式不受支持。我需要将实际的像素颜色信息从12位灰度转换为24位或32位RGB。最好不要有任何质量损失。 - Trevor Elliott

然后使用LockBits；它应该能够帮助您完全做到您所需的。但是，您将会失去一些质量：您想要转换的两种像素格式每个通道只有8位。因此，您将失去每个像素的12位中的4位。您可能会很难保留完整的质量：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/system.drawing.imaging.pixelformat.aspx说“PixelFormat48bppRGB，[...]每个通道使用16位。GDI+版本1.0和1.1可以读取16位每通道图像，但这样的图像会被转换为8位每通道格式进行处理、显示和保存。” - James Johnston

我已经尝试使用LockBits。但是，LockBits不会进行转换。我需要编写一个算法来将8位灰度字节转换为24位RGB字节。 - Trevor Elliott

LockBits返回一个BitmapData对象。BitmapData.Scan0是位图中第一行的指针。您可以自己进行转换；如果像素格式为24位RGB，则只需将输入位图中的每个3个字节设置为相同的灰度值即可。 - James Johnston