C#中支持16位灰度等多像素格式的内存图像存储类查询

我需要对内存缓冲区中的图像进行矩形区域黑色遮罩处理，因此最初在自研API中直接复用Bitmap类搭配ImageFormat.MemoryBmp实现该功能，本地环境运行效果良好，实现代码如下：

public static void MaskBitmap(Bitmap input, Rectangle maskRegion)
{
    var bytesPerPixel = Image.GetPixelFormatSize(input.PixelFormat) / 8;
    var row = new byte[maskRegion.Width * bytesPerPixel];

    var maskData = input.LockBits(maskRegion, ImageLockMode.WriteOnly, input.PixelFormat);
    for (var i = 0; i < maskData.Height; ++i)
    {
        Marshal.Copy(row, 0, maskData.Scan0 + (i * maskData.Stride), row.Length);
    }
    input.UnlockBits(maskData);
}

但部署到生产环境后发现，执行以下代码会抛出NotImplementedException异常：

var image16 = new Bitmap(512, 512, PixelFormat.Format16bppGrayScale);

最终溯源到问题出自mono的libgdiplus未实现对应逻辑。

因此想咨询：C#中是否有现成的类可以复用，用于存储以下pixelformat类型的图像：

• PixelFormat.Format8bppIndexed
• PixelFormat.Format16bppGrayScale
• PixelFormat.Format24bppRgb

我已知晓GDI+不支持16位图像的保存/展示，我仅需要具备图像式访问能力的内存结构即可。

参考信息：我曾尝试过如下hack方案：

var image = new Bitmap(512,512,PixelFormat.Format24bppRgb);
image.Flags = ImageFlags.ColorSpaceGray;

但Flags为只读属性，该方案不可行。

可行解决方案 #

方案1：使用跨平台图像处理库（低改造成本）

直接使用社区成熟的纯托管图像处理库即可，无需依赖libgdiplus，原生支持你需要的全部像素格式，API逻辑和GDI+接近，原有遮罩逻辑几乎不需要大改：

• 兼容8位索引、16位灰度、24位RGB等常见像素格式
• 提供直接操作内存像素块的能力，性能和GDI+原生实现相当
• 无原生组件依赖，跨Windows/Linux/macOS运行无兼容问题

遮罩逻辑示例：

// 泛型支持所有像素格式，L8对应8位灰度、L16对应16位灰度、Rgb24对应24位RGB
public static void MaskImage<TPixel>(Image<TPixel> input, Rectangle maskRegion) where TPixel : unmanaged, IPixel<TPixel>
{
    input.ProcessPixelRows(accessor =>
    {
        for (int y = maskRegion.Y; y < maskRegion.Bottom; y++)
        {
            Span<TPixel> maskRow = accessor.GetRowSpan(y).Slice(maskRegion.X, maskRegion.Width);
            maskRow.Clear(); // 直接填充对应像素格式的黑色值
        }
    });
}

方案2：自研轻量内存图像结构（零第三方依赖）

如果不想引入外部依赖，可以自行封装极简的内存图像类，完全规避GDI+的兼容问题：

public sealed class MemoryBitmap : IDisposable
{
    public int Width { get; }
    public int Height { get; }
    public PixelFormat Format { get; }
    public int BytesPerPixel { get; }
    public int Stride { get; }
    public IntPtr DataPtr { get; }
    private bool _isDisposed;

    public MemoryBitmap(int width, int height, PixelFormat format)
    {
        Width = width;
        Height = height;
        Format = format;
        BytesPerPixel = Image.GetPixelFormatSize(format) / 8;
        // 和GDI+规则一致，行宽对齐到4字节
        Stride = (width * BytesPerPixel + 3) & ~3;
        DataPtr = Marshal.AllocHGlobal(Stride * height);
        // 初始化为全黑
        unsafe
        {
            new Span<byte>((void*)DataPtr, Stride * height).Clear();
        }
    }

    // 直接获取指定行的内存切片，方便读写操作
    public Span<byte> GetRow(int rowIndex)
    {
        if (_isDisposed) throw new ObjectDisposedException(nameof(MemoryBitmap));
        if (rowIndex < 0 || rowIndex >= Height) throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(rowIndex));
        unsafe
        {
            return new Span<byte>((void*)(DataPtr + rowIndex * Stride), Stride);
        }
    }

    public void Dispose()
    {
        if (_isDisposed) return;
        Marshal.FreeHGlobal(DataPtr);
        _isDisposed = true;
    }
}

该实现完全不依赖GDI+的Bitmap创建逻辑，不会触发libgdiplus的未实现异常，你原有遮罩逻辑只需要稍作调整即可直接复用。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者malat