C# - 转换 8 位或 16 位灰度原始像素数据

Question

我需要能够将 8 位或 16 位灰度像素数据转换为 .NET 框架可以支持的文件格式。

我可用的数据是宽度、高度、方向（左下角）和像素格式，即 4096 级灰度（12 位分辨率），每像素 2 个字节。

所以例如每个像素的范围是 0 到 4096，每个像素是 2 个字节。

我已经尝试将 PixelFormat.Format16bppGrayScale 与 Bitmap 构造函数一起使用，它会引发 GDI+ 异常。我读过的所有内容都说不支持这种格式并且 MSDN 是错误的。

我想将此像素缓冲区转换为 .NET 位图格式（例如 Format32bppArgb），同时尽可能减少图像质量损失。

有人知道怎么做吗？

Answer 1

请参见下面的示例，该示例预先计算了一个查找表 (LUT) 并使用它来转换每个像素。此版本涵盖您的 12 位案例；对于 8 位，代码非常相似，但很难在像素格式之间进行概括。

从 12 位 GS 到有效 8 位 GS 的转换会丢失数据。但是，您可以调整 LUT 表以专注于具有更好对比度的较小范围的输入值（例如DICOM Window Center/Window Width）。

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;
    }
}

Answer 2

欺骗 16b 格式并在显示前使用 ColorMatrix 对其进行正确映射。

我没有在 Windows 上对这种方法进行过性能测试，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，我已经充分利用这种技术。

我告诉它我的 12/16b 灰度数据真的是 RGB565，所以它很高兴序列化、反序列化和其他操作。当我需要显示时，我通过 ColorMatrix 传递它，它将适当的窗口映射到 ARGB8888 中的 8b 灰度。

如果有人想试试这个，我会发布我的映射算法。

Answer 3

两种可能的方式：

• 使用Bitmap constructor 指向任意缓冲区。这要求您保留缓冲区，直到释放位图，但确实可以防止不必要地复制内存中的位图数据。
• LockBits method 可用于获取指向位图数据的指针。在这种情况下，像往常一样构造一个具有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。这会比较慢，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，这是必要的。