Win32 Color ⇒ 二値画像

GetPixel(), SetPixel() でカラー画像を二値画像に変換すると実行時間が気になります。
そこで Win32 API を使ってもっと早く変換するプログラムを作成します。

プログラムの説明

Win32 API を使ってカラー画像を二値画像に変換する image.cs のソースコードです。
次のソースコードは Image Guid にまとめて掲載しているので、こちらを参照して下さい。

BITMAPINFOHEADER 構造体の定義

BITMAPINFO 構造体の定義

Win32 API の関数宣言

InitDib() 関数

//★ Win32 API で Binary Mode で描画    前田 稔
using System;
using System.Drawing;
using System.Windows.Forms;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Diagnostics;

struct BITMAPINFOHEADER
{
    ・・・ Image Guid を参照 ・・・
};

public class MyForm : Form
{   Face    App;
    int     val= 30;

    public MyForm()
    {
        BackColor = SystemColors.AppWorkspace;
        App = new Face();
        Width = App.m_bmp.Width;
        Height = App.m_bmp.Height+32;
        App.InitDib();
        App.CopyBmp(App.m_DibDC);
        Paint += new PaintEventHandler(MyHandler);
        MouseDown += new MouseEventHandler(OnMyMouseDown);
    }

    private void MyHandler(object sender, PaintEventArgs e)
    {
        Graphics g; 
        g = e.Graphics;
        if (App.m_bmp == null)  Application.Exit();
        App.ViewDib(g,0,0);
    }

    private void OnMyMouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
    {
        if (e.Button == MouseButtons.Left)  //マウスの左ボタン
        {   val+= 2;
            VerMsg("val: ", val);
            App.BinMode(val);
        }
        if (e.Button == MouseButtons.Right) //マウスの右ボタン
        {   val = 30;
            App.CopyBmp(App.m_DibDC);
        }
        Invalidate();
    }

    public void VerMsg(string msg, int v)
    {
        string wstr;
        wstr = msg + v.ToString();
        this.Text = wstr;
    }
}

//☆ Face Object Class
unsafe class Face
{
    public  Bitmap  m_bmp;      // 入力画像
    public  IntPtr  m_Dib;      // DIB 画像
    public  IntPtr  m_DibDC;    // DIB DC
    public  byte    *dat;       // DIB ピクセルデータ
    string  ImgFile = "";
    public  const int BI_RGB = 0;
    public  const int DIB_RGB_COLORS = 0;
    public  const int SRCCOPY = 0xcc0020;

    [DllImport("gdi32.dll")]

    ・・・ Image Guid を参照 ・・・

    // Constructor
    public Face()
    {
        OpenFileDialog opendlg = new OpenFileDialog();
        opendlg.Filter = "画像ファイル (*.bmp)|*.bmp|すべてのファイル (*.*)|*.*";
        if (opendlg.ShowDialog() == DialogResult.OK)
        {   ImgFile = opendlg.FileName; }
        try
        {   m_bmp = new Bitmap(ImgFile); }
        catch
        {   MessageBox.Show("画像ファイルが読めません！", ImgFile);
            return;
        }
    }

    // Destructor
    ~Face()
    {   DeleteDC(m_DibDC);
        DeleteObject(m_Dib);
    }

    // m_DibDC(DIB) の画像を描画する 
    public void ViewDib(Graphics g, int x, int y)
    {
        if (m_DibDC == null) return;
        IntPtr hDC = g.GetHdc();
        BitBlt(hDC, x, y, m_bmp.Width, m_bmp.Height, m_DibDC, 0, 0, SRCCOPY);
        g.ReleaseHdc(hDC);
    }

    // hDC ← Bitmap m_bmp イメージデータの転送 
    public void CopyBmp(IntPtr hDC)
    {
        IntPtr hBmpSrc = m_bmp.GetHbitmap();
        Graphics gdraw = Graphics.FromImage(m_bmp);
        IntPtr srcHDC = gdraw.GetHdc();
        SelectObject(srcHDC, hBmpSrc);
        BitBlt(hDC, 0, 0, m_bmp.Width, m_bmp.Height, srcHDC, 0, 0, SRCCOPY);
        DeleteObject(hBmpSrc);
        gdraw.ReleaseHdc(srcHDC);
    }

    //☆ DIB の初期化
    unsafe public void InitDib()
    {
        ・・・ Image Guid を参照 ・・・
    }

    // *dat を Binary Mode に変換
    public void BinMode(int val)
    {   byte    R, G, B;
        int     gry;

        if (m_bmp == null)  return;
        CopyBmp(m_DibDC);
        for (int y = 0; y < m_bmp.Height; y++)
            for (int x = 0; x < m_bmp.Width; x++)
            {
                B = MAP(x, y, 0);
                G = MAP(x, y, 1);
                R = MAP(x, y, 2);
                gry = (B * 2 + G * 4 + R) / 7;
                if (gry < val)  MAP(x,y,0,0,0);
                else    MAP(x,y,255,255,255);
            }
    }

    // *dat(y, x, c) の色を取得
    public byte MAP(int x, int y, int c)
    {
        byte *pt;
        pt = dat+(y*m_bmp.Width+x)*4+c;
        return *pt;
    }

    // *dat(y, x) に R,G,B を設定(A はそのまま)
    public void MAP(int x, int y, byte r, byte g, byte b)
    {
        byte *pt;
        pt = dat+(y*m_bmp.Width+x)*4;
        *pt = b;
        *(pt+1)= g;
        *(pt+2)= r;
    }
}

class image01
{
    [STAThread]
    public static void Main()
    {
        MyForm mf = new MyForm();
        Application.Run(mf);
    }
}

カラー画像は RGB をそれぞれ８ビットで記録されています。

青色(B)の８ビット緑色(G)の８ビット赤色(R)の８ビット Alpha(A)の８ビット

これを白黒２階調の二値画像に変換します。
二値画像はグレースケールやエッジ画像と共に画像を解析するときに役に立ちます。
Color ⇒ 二値画像では、GetPixel(), SetPixel() で作成したのですが、実行速度が気になります。
そこで Win32 API を使ってプログラムを作成したので [Color ⇒ 二値画像] と実行速度を比べてみて下さい。
GetPixel() 関数と SetPixel() 関数を使うと簡単なのですが、Win32 API を使った場合は少し面倒です。
Win32 API の使い方の基本を Image Guid で説明しています。

MyForm では Face Class の Constructor から BMP File を選択して画像を入力します。
入力した画像に合わせてウインドウサイズを設定するのですが、BitBlt で描画するので「ピクセル／インチ」は考慮しません。
App.InitDib(); 関数で DIB を初期化します。
MyHandler では m_DibDC の画像を描画するので App.CopyBmp(); で画像を転送します。

    public MyForm()
    {
        BackColor = SystemColors.AppWorkspace;
        App = new Face();
        Width = App.m_bmp.Width;
        Height = App.m_bmp.Height+32;
        App.InitDib();
        App.CopyBmp(App.m_DibDC);
        Paint += new PaintEventHandler(MyHandler);
        MouseDown += new MouseEventHandler(OnMyMouseDown);
    }

MyHandler() では App.ViewDib(g,0,0); で DIB の画像を描画します。

    private void MyHandler(object sender, PaintEventArgs e)
    {
        Graphics g; 
        g = e.Graphics;
        if (App.m_bmp == null)  Application.Exit();
        App.ViewDib(g,0,0);
    }

マウスの左クリックで val をアップしながら二値画像に変換します。
VerMsg() で現在の var(閾値)の値をタイトルバーに印字しています。
マウスの右クリックで val を最初の値に戻して、元のカラー画像に設定します。

    int     val= 30;

    private void OnMyMouseDown(object sender, MouseEventArgs e)
    {
        if (e.Button == MouseButtons.Left)  //マウスの左ボタン
        {   val+= 2;
            VerMsg("val: ", val);
            App.BinMode(val);
        }
        if (e.Button == MouseButtons.Right) //マウスの右ボタン
        {   val = 30;
            App.CopyBmp(App.m_DibDC);
        }
        Invalidate();
    }

タイトルバーにメッセージを印字する VerMsg() 関数です。

    public void VerMsg(string msg, int v)
    {
        string wstr;
        wstr = msg + v.ToString();
        this.Text = wstr;
    }

画像を描画する Face Object Class では、ポインターを使うので unsafe を設定して下さい。
m_bmp; が選択した BMP 画像を入力する領域です。
m_Dib; が DIB の画像の領域で m_DibDC; がそのハンドルです。
byte *dat; が DIB のピクセルデータへのポインターです。
//☆ Face Object Class unsafe class Face { public Bitmap m_bmp; public IntPtr m_Dib; public IntPtr m_DibDC; public byte *dat;

ViewDib() 関数が DIB の画像を描画する関数です。

    // m_DibDC(DIB) の画像を描画する 
    public void ViewDib(Graphics g, int x, int y)
    {
        if (m_DibDC == null) return;
        IntPtr hDC = g.GetHdc();
        BitBlt(hDC, x, y, m_bmp.Width, m_bmp.Height, m_DibDC, 0, 0, SRCCOPY);
        g.ReleaseHdc(hDC);
    }

BinMode() 関数でカラー画像を二値画像に変換します。
ピクセル毎に演算して二値画像に変換するのですが、色に対する明るさを考慮して計算しています。
val は二値画像の閾値(しきいち)で値が大きくなるほど、黒のピクセルが増えます。
byte *dat がピクセルデータのポインタで、ポインターを通じてピクセルデータを修正すると直ちに画像に反映します。

    // *dat を Binary Mode に変換
    public void BinMode(int val)
    {   byte    R, G, B;
        int     gry;

        if (m_bmp == null)  return;
        CopyBmp(m_DibDC);
        for (int y = 0; y < m_bmp.Height; y++)
            for (int x = 0; x < m_bmp.Width; x++)
            {
                B = MAP(x, y, 0);
                G = MAP(x, y, 1);
                R = MAP(x, y, 2);
                gry = (B * 2 + G * 4 + R) / 7;
                if (gry < val)  MAP(x,y,0,0,0);
                else    MAP(x,y,255,255,255);
            }
    }

*dat から x, y, c の byte を取得します。

    // *dat(y, x, c) の色を取得
    public byte MAP(int x, int y, int c)
    {
        byte *pt;
        pt = dat+(y*m_bmp.Width+x)*4+c;
        return *pt;
    }

渡された r, g, b を *dat の x, y に格納します。
普通 Alpha には 255(0xff) が格納されているのですが、この値はそのまま残します。

    // *dat(y, x) に R,G,B を設定
    public void MAP(int x, int y, byte r, byte g, byte b)
    {
        byte *pt;
        pt = dat+(y*m_bmp.Width+x)*4;
        *pt = b;
        *(pt+1)= g;
        *(pt+2)= r;
    }

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