‫استفاده از BitmapData در پردازش تصویر

1. کتابخانه Ces.SignatureExtractor که بصورت عمومی در دسترس است قبلا در این آدرس معرفی شد.
2. مطلب جاری به کدهای Ces.SignatureExtractor ارتباط دارد ولی مشخصا بدلیل داشتن یک منبع کد، در این پست به آن اشاره شده است
3. متد Extract در این کتابخانه با کمک ChatGPT بهبود یافته.

نکته: خواهشمندم هر مطلب اصلاحی و تکمیلی در خصوص مطلب جاری مد نظر بود حتما ارسال بفرمایید.

• Width: پهنای تصویر برحسب پیکسل که گاها تعداد پیکسل در هر اسکن از خط (Number of Pixels in One Scan Line) نیز گفته می‌شود.
• Height: ارتفاع تصویر برحسب پیکسل که گاها تعداد خطوط اسکن (Number of Scan Lines) نیز گفته می‌شود.
• Stride: پهنا/گام هر پیکسل. زمانی که متد LockBit تصویر را در حافظه قفل می‌کند و با توجه به پارامتر PixelFormat، فضایی که هر پیکسل باید در حافظه جهت نگهداری اطلاعات رنگ اشغال کند مشخص می‌شود. این مقدار برای هر پیکسل می‌تواند 24 یا 32 یا 64 و... بیت باشد. بنابراین در زمان خوانش خانه‌های حافظه باید بدانیم که چند بایت متعلق به یک پیکسل است که این موضوع تحت نام Stride یا پهنا/گام پیکسل شناخته می‌شود.
• Scan0: آدرس اولین پیکسل (نشانگر حافظه (Pointer)) را بر می‌گرداند که در واقع می‌تواند مبنای خوانش تمام اطلاعات یک تصویر باشد.

• متغیر imgOriginal: این متغیر از نوع Bitmap است و تصویر را از آدرس ارسال شده ایجاد خواهد کرد.
• متغیر imgSignature: این متغیر نیز از نوع Bitmap است و با فرمت Format32bppArgb تعریف شده است. در این لیست شمارشی می‌توانید انواع فرمت‌ها را مشاهده کنید. در ادامه علت انتخاب Format32bppArgb توضیح داده شده.
• متغیر rect: این متغیر یک مستطیل (Rectangle) به اندازه تصویر اصلی است که به عنوان پارامتر متد LockBit جهت تعیین محدوده‌ای از تصویر که باید در حافظه قفل شود تعریف شده است (ضروری نیست ولی برای تمیزی کد تعریف شده است).
• متغیر bmpDataOriginal: این متغیر از نوع BitmapData است که متد LockBit بر‌ می‌گرداند. اولین پارامتر، ناحیه‌ای از تصویر اصلی است که باید در حافظه قفل شود. محدده‌ای که قفل می‌شود بدون تغییر خواهند ماند تا عملیات پایان یابد و در انتها با متد UnlockBits آزاد خواهد شد. پارامتر دوم نحوه قفل‌گذاری حافظه است که تصویر اصلی در حالت ReadOnly و تصویر نهایی WriteOnly می‌باشد. پارامتر سوم که PixelFormat است برای تصویر اصلی Format24bppRgb و برای تصویر خروجی Format32bppArgb می‌باشد.
• متغیر bmpDataSignature: توضیحات مشابه bmpDataOriginal می‌باشد.

نکته: جهت کار با حافظه بصورت مستقیم باید دستورات بصورت unsafe اجرا شوند. استفاده از * نیز بدین منظور می‌باشد.

byte* rowOriginal = ptrOriginal + (y * originalStride);
byte* rowSignature = ptrSignature + (y * signatureStride);

byte b = rowOriginal[x * 3 + 0];
byte g = rowOriginal[x * 3 + 1];
byte r = rowOriginal[x * 3 + 2];

float brightness = (0.299f * r + 0.587f * g + 0.114f * b) / 255f;
byte alpha = (byte)(255 * (1.0f - brightness));

نکته: درخصوص محاسبه روشنایی عبارت Standard Luminance Formula را در وب جستجو کنید.

rowSignature[x * 4 + 0] = finalColor.B;
rowSignature[x * 4 + 1] = finalColor.G;
rowSignature[x * 4 + 2] = finalColor.R;
rowSignature[x * 4 + 3] = alpha; // Alpha

اگر اطلاعات رنگ جاری خارج از دامنه اعداد باشد مقدار 0 با شفافیت 0 را جایگزین میکنیم که عملا بخش خارج از خطوط امضا Transparent خواهد شد.

public Bitmap Extract(string imagePath, bool useOriginalColor = true, Color? customColor = null, byte precision = 200)
{
    if (!useOriginalColor && !customColor.HasValue)
        throw new ArgumentNullException(nameof(customColor));

    using var imgOriginal = new Bitmap(Image.FromFile(imagePath));
    var width = imgOriginal.Width;
    var height = imgOriginal.Height;

    // Final image for drawing extracted signature
    var imgSignature = new Bitmap(width, height, PixelFormat.Format32bppArgb);

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

    // Lock both images for direct pixel access
    var bmpDataOriginal = imgOriginal.LockBits(rect, ImageLockMode.ReadOnly, PixelFormat.Format24bppRgb);
    var bmpDataSignature = imgSignature.LockBits(rect, ImageLockMode.WriteOnly, PixelFormat.Format32bppArgb);

    int originalStride = bmpDataOriginal.Stride;
    int signatureStride = bmpDataSignature.Stride;

    unsafe
    {
        byte* ptrOriginal = (byte*)bmpDataOriginal.Scan0;
        byte* ptrSignature = (byte*)bmpDataSignature.Scan0;

        for (int y = 0; y < height; y++)
        {
            byte* rowOriginal = ptrOriginal + (y * originalStride);
            byte* rowSignature = ptrSignature + (y * signatureStride);

            for (int x = 0; x < width; x++)
            {
                byte b = rowOriginal[x * 3 + 0];
                byte g = rowOriginal[x * 3 + 1];
                byte r = rowOriginal[x * 3 + 2];

                float brightness = (0.299f * r + 0.587f * g + 0.114f * b) / 255f;
                byte alpha = (byte)(255 * (1.0f - brightness));

                // چشم پوشی از نقاط سفید و یا نواحی طوسی متمایل به سفید
                // البته این مقدار که برنامه باید ازآن به عنوان نقاط اطراف
                //خط امضا در نظر بگیرد به توسط پارامتر ورودی تابع تعیین می شود
                if (r <= precision && g <= precision && b <= precision)
                {
                    Color finalColor = useOriginalColor ? Color.FromArgb(r, g, b) : customColor.Value;

                    rowSignature[x * 4 + 0] = finalColor.B;
                    rowSignature[x * 4 + 1] = finalColor.G;
                    rowSignature[x * 4 + 2] = finalColor.R;
                    rowSignature[x * 4 + 3] = alpha; // Alpha
                }
                else
                {
                    // Transparent
                    rowSignature[x * 4 + 0] = 0;
                    rowSignature[x * 4 + 1] = 0;
                    rowSignature[x * 4 + 2] = 0;
                    rowSignature[x * 4 + 3] = 0;
                }
            }
        }
    }

    imgOriginal.UnlockBits(bmpDataOriginal);
    imgSignature.UnlockBits(bmpDataSignature);

    // برش و ناحیه امضا و حذف ناحیه شفاف خارج از محدوده امضا
    var bounds = GetNonTransparentBounds(imgSignature);
    if (bounds.Width <= 0 || bounds.Height <= 0)
        return new Bitmap(1, 1); // Empty result if nothing found

    var result = new Bitmap(bounds.Width, bounds.Height);
    using (Graphics g = Graphics.FromImage(result))
    {
        g.SmoothingMode = System.Drawing.Drawing2D.SmoothingMode.AntiAlias;
        g.DrawImage(imgSignature, new Rectangle(0, 0, bounds.Width, bounds.Height), bounds, GraphicsUnit.Pixel);
    }

    return result;
}

private Rectangle GetNonTransparentBounds(Bitmap bitmap)
{
    int top = -1, bottom = -1, left = -1, right = -1;

    BitmapData data = bitmap.LockBits(
        new Rectangle(0, 0, bitmap.Width, bitmap.Height),
        ImageLockMode.ReadOnly,
        PixelFormat.Format32bppArgb);

    int stride = data.Stride;
    int width = bitmap.Width;
    int height = bitmap.Height;

    unsafe
    {
        byte* ptr = (byte*)data.Scan0;

        // بدست آوردن مرز بالا و پایین ناحیه امضا                
        for (int y = 0; y < height; y++)
        {
            byte* row = ptr + (y * stride);
            for (int x = 0; x < width; x++)
            {
                byte alpha = row[x * 4 + 3];
                if (alpha != 0)
                {
                    if (top == -1)
                        top = y;

                    bottom = y;
                    break;
                }
            }
        }

        // بدست آوردن مرز چپ و راست ناحیه امضا                
        for (int x = 0; x < width; x++)
        {
            for (int y = 0; y < height; y++)
            {
                byte* row = ptr + (y * stride);
                byte alpha = row[x * 4 + 3];
                if (alpha != 0)
                {
                    if (left == -1)
                        left = x;

                    right = x;
                    break;
                }
            }
        }
    }

    bitmap.UnlockBits(data);

    if (top == -1 || left == -1)
        return Rectangle.Empty;

    return new Rectangle(left, top, right - left + 1, bottom - top + 1);
}