最快的 Sobel 边缘检测 C#

Question

我想编写一个程序来实现Sobel边缘检测。 这是我的代码：

private Bitmap SobelEdgeDetect(Bitmap ori)
{
        Bitmap b = original;
        Bitmap bb = original;
        int width = b.Width;
        int height = b.Height;
        int[,] gx = new int[,] { { -1, 0, 1 }, { -2, 0, 2 }, { -1, 0, 1 } };
        int[,] gy = new int[,] { { 1, 2, 1 }, { 0, 0, 0 }, { -1, -2, -1 } };

        int[,] allPixR = new int[width, height];
        int[,] allPixG = new int[width, height];
        int[,] allPixB = new int[width, height];

        int limit = 128 * 128;

        for (int i = 0; i < width; i++)
        {
            for (int j = 0; j < height; j++)
            {
                allPixR[i, j] = b.GetPixel(i, j).R;
                allPixG[i, j] = b.GetPixel(i, j).G;
                allPixB[i, j] = b.GetPixel(i, j).B;
            }
        }

        int new_rx = 0, new_ry = 0;
        int new_gx = 0, new_gy = 0;
        int new_bx = 0, new_by = 0;
        int rc, gc, bc;
        for (int i = 1; i < b.Width - 1; i++)
        {
            for (int j = 1; j < b.Height - 1; j++)
            {

                new_rx = 0;
                new_ry = 0;
                new_gx = 0;
                new_gy = 0;
                new_bx = 0;
                new_by = 0;
                rc = 0;
                gc = 0;
                bc = 0;

                for (int wi = -1; wi < 2; wi++)
                {
                    for (int hw = -1; hw < 2; hw++)
                    {
                        rc = allPixR[i + hw, j + wi];
                        new_rx += gx[wi + 1, hw + 1] * rc;
                        new_ry += gy[wi + 1, hw + 1] * rc;

                        gc = allPixG[i + hw, j + wi];
                        new_gx += gx[wi + 1, hw + 1] * gc;
                        new_gy += gy[wi + 1, hw + 1] * gc;

                        bc = allPixB[i + hw, j + wi];
                        new_bx += gx[wi + 1, hw + 1] * bc;
                        new_by += gy[wi + 1, hw + 1] * bc;
                    }
                }
                if (new_rx * new_rx + new_ry * new_ry > limit || new_gx * new_gx + new_gy * new_gy > limit || new_bx * new_bx + new_by * new_by > limit)
                    bb.SetPixel(i, j, Color.Black);

                //bb.SetPixel (i, j, Color.FromArgb(allPixR[i,j],allPixG[i,j],allPixB[i,j]));
                else
                    bb.SetPixel(i, j, Color.Transparent);
            }
        }
        return bb;

  }

我想使用LockBits来让我的程序运行更快，但我实际上仍然不知道如何使用它。有人能够给一些解释或示例代码吗？

- christ2702

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你的原始代码中使用了Sobel算法，但由于GetPixel和SetPixel的缘故而非常缓慢。现在你的代码应该在输入和输出位图上都使用LockBits并按照我在答案中演示的(x,y)方式访问像素。你现在非常接近成功了，不要放弃。 - Roger Rowland

你能告诉我，我的代码中哪一部分应该交换以锁定位吗？ 我感到非常沮丧。 谢谢 - christ2702

Answer 1

在处理像素时，你真的需要使用LockBits而不是GetPixel和SetPixel。

因此，你需要创建一个包含所有像素数据的BitmapData对象：

// lock the input bitmap's bits  
System.Drawing.Imaging.BitmapData bmpData =
    original.LockBits(new Rectangle(0, 0, original.Width, original.Height), 
    System.Drawing.Imaging.ImageLockMode.Read, original.PixelFormat);

然后，您可以获取第一扫描线（即像素的第一行）的地址：

IntPtr ptr = bmpData.Scan0;

现在你有两个选择。如果你愿意将你的函数标记为unsafe，那么你可以使用指针算法直接访问像素，就像这样：

byte* pPixels = (byte*)ptr.ToPointer();

假设每个像素为24bpp，使用指针可以得到RGB像素的第一个字节。然后，您可以通过指针算术在(x,y)处访问单个像素。首先需要确定每个像素的字节数（如果您不知道）。

int nBytesPerPixel = Image.GetPixelFormatSize(original.PixelFormat) / 8;

然后计算你想要的像素位置索引。

byte* pPixelAtXY = pPixels + (y * bmpData.Stride) + (x * nBytesPerPixel);

这将为您提供对位图中像素的不安全访问，您可以在输入和输出位图上执行此操作，以获得最快的速度。请注意，如果要使用不安全代码，则需要将函数标记为不安全并编辑项目属性。

如果不想使用不安全代码，仍然可以通过在处理之前将所有像素数据复制到byte数组中，然后在处理后将其复制回来来加快速度。正如MSDN示例所展示的那样。

// Get the address of the first line.
IntPtr ptr = bmpData.Scan0;

// Declare an array to hold the bytes of the bitmap. 
int bytes = Math.Abs(bmpData.Stride) * bmp.Height;
byte[] rgbValues = new byte[bytes];

// Copy the RGB values into the array.
System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(ptr, rgbValues, 0, bytes);

// Set every third value to 255. A 24bpp bitmap will look red.   
for (int counter = 2; counter < rgbValues.Length; counter += 3)
    rgbValues[counter] = 255;

// Copy the RGB values back to the bitmap
System.Runtime.InteropServices.Marshal.Copy(rgbValues, 0, ptr, bytes);

无论使用哪种方法，当您完成像素数据的操作后，必须使用UnlockBits释放它。

original.UnlockBits(bmpData);

- Roger Rowland

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你能给我完整的源代码吗？我尝试过了，但是出现了错误。 - christ2702

如果您编辑您的问题以展示您的新代码，那么我们就可以看到问题出在哪里了。 - Roger Rowland