量化（减少图像色彩）

Question

我正在尝试使用C＃将图像量化为10种颜色，绘制量化图像时遇到问题，我制作了映射表，并且它是正确的，我制作了原始图像的副本，并且正在更改基于映射表的像素，我正在使用以下代码：

bm = new Bitmap(pictureBox1.Image);
        Dictionary<Color, int> histo = new Dictionary<Color, int>();
        for (int x = 0; x < bm.Size.Width; x++)
            for (int y = 0; y < bm.Size.Height; y++)
            {
                Color c = bm.GetPixel(x, y);
                if (histo.ContainsKey(c))
                    histo[c] = histo[c] + 1;
                else
                    histo.Add(c, 1);
            }
        var result1 = histo.OrderByDescending(a => a.Value);
                  int ind = 0;
        List<Color> mostusedcolor = new List<Color>();
        foreach (var entry in result1)
        {
            if (ind < 10)
            {
                mostusedcolor.Add(entry.Key);
                ind++;
            }
            else
                break;
        }
        Double temp_red,temp_green,temp_blue,temp;
        Dictionary<Color, Double> dist = new Dictionary<Color, double>();
        Dictionary<Color, Color> mapping = new Dictionary<Color, Color>();
        foreach (var p in result1)
        {
            dist.Clear();
            foreach (Color pp in mostusedcolor)
            {
                temp_red = Math.Pow((Convert.ToDouble(p.Key.R) - Convert.ToDouble(pp.R)), 2.0);
                temp_green = Math.Pow((Convert.ToDouble(p.Key.G) - Convert.ToDouble(pp.G)), 2.0);
                temp_blue = Math.Pow((Convert.ToDouble(p.Key.B) - Convert.ToDouble(pp.B)), 2.0);
                temp = Math.Sqrt((temp_red + temp_green + temp_blue));
                dist.Add(pp, temp);
            }
            var min = dist.OrderBy(k=>k.Value).FirstOrDefault();
            mapping.Add(p.Key, min.Key);
        }
  Bitmap copy = new Bitmap(bm);

        for (int x = 0; x < copy.Size.Width; x++)
            for (int y = 0; y < copy.Size.Height; y++)
            {
                Color c = copy.GetPixel(x, y);
                Boolean flag = false;
                foreach (var entry3 in mapping)
                {
                    if (c.R == entry3.Key.R && c.G == entry3.Key.G && c.B == entry3.Key.B)
                    {
                        copy.SetPixel(x, y, entry3.Value);
                        flag = true;
                    }
                    if (flag == true)
                        break;

                }
            }
pictureBox2.Image=copy;

Answer 1

您的代码有两个问题：

• 它非常慢
• 量化不是我所期望的。

这是原始图像，代码结果以及当要求减少为10种颜色时Photoshop的操作：

• 加快代码速度可以通过两个步骤完成：

  • 摆脱最讨厌的时间浪费者
  • 将GetPixel和SetPixel循环变成Lockbits循环。

这是第一步的解决方案，可以将代码加速至少100倍：

Bitmap bm = (Bitmap)Bitmap.FromFile("d:\\ImgA_VGA.png");
pictureBox1.Image = bm;

Dictionary<Color, int> histo = new Dictionary<Color, int>();
for (int x = 0; x < bm.Size.Width; x++)
    for (int y = 0; y < bm.Size.Height; y++)
    {
        Color c = bm.GetPixel(x, y);   // **1**
        if (histo.ContainsKey(c))  histo[c] = histo[c] + 1;
        else histo.Add(c, 1);
    }
var result1 = histo.OrderByDescending(a => a.Value);
int number = 10;
var mostusedcolor = result1.Select(x => x.Key).Take(number).ToList();

Double temp;
Dictionary<Color, Double> dist = new Dictionary<Color, double>();
Dictionary<Color, Color> mapping = new Dictionary<Color, Color>();
foreach (var p in result1)
{
    dist.Clear();
    foreach (Color pp in mostusedcolor)
    {
        temp = Math.Abs(p.Key.R - pp.R) + 
               Math.Abs(p.Key.R - pp.R) + 
               Math.Abs(p.Key.R - pp.R);
        dist.Add(pp, temp);
    }
    var min = dist.OrderBy(k => k.Value).FirstOrDefault();
    mapping.Add(p.Key, min.Key);
}
Bitmap copy = new Bitmap(bm);

for (int x = 0; x < copy.Size.Width; x++)
    for (int y = 0; y < copy.Size.Height; y++)
    {
        Color c = copy.GetPixel(x, y);   // **2**
        copy.SetPixel(x, y, mapping[c]);
    }
pictureBox2.Image = copy;

请注意，如果我们只想订购颜色，则无需用毕达哥拉斯的全部力来计算距离。在曼哈顿距离会做得很好。

还要注意，我们已经有了lookup字典mapping，该字典包含图像中的每种颜色作为其键，因此我们可以直接访问这些值。（这是迄今为止最糟糕的时间浪费。）

测试图像的处理时间约为1秒，因此我什至不去进行LockBits修改。

• 但是，恐怕校正量化并非那么简单，而且imo超出了一个好的SO问题的范围。

  • 但是，让我们看一下出了什么问题：看看结果，我们乍看之下几乎可以看到：天空很多，所有许多蓝色像素的色调都超过10，因此前10位的所有颜色清单是蓝色的。

  • 因此，整个图像没有其他色调！

  • 要变通解决此问题，您最好研究常用的量化算法 ..

修复代码的一种简单方法是丢弃/映射最常用列表中的所有颜色，这些颜色与您已经拥有的任何一种颜色都太近了。但是要找到最佳的最小距离，则需要进行体数据分析。

更新改进代码的另一种非常简单的方法是，将真实颜色遮盖一些较低的位，以将相似的颜色映射在一起。仅选择10种颜色仍然太少了，但是即使对于以下测试图像，这种改进也是显而易见的：

Color cutOff(Color c, byte mask)
{  return Color.FromArgb(255, c.R & mask, c.G & mask, c.B & mask );   }

在这里插入（1）：

byte mask = (byte)255 << 5 & 0xff;  // values of 3-5 worked best
Color c = cutOff(bm.GetPixel(x, y), mask);

在这里（2）：

Color c = cutOff(copy.GetPixel(x, y), mask);

我们得到：

仍然缺少所有黄色，橙色或棕色的色相，但是仅增加了一条附加线就可以很好地改善它。