WPF 通过 WriteableBitmap 实现 TAGC 低光增强效果算法

移国拱 · 2025-10-1 17:45:08

开始之前，必须感谢只(挚)爱图像处理 - Imageshop 大佬的分享。本文将参阅伊拉克团队的TAGC（低光增强效果）算法实现。 - Imageshop - 博客园进行实现
原论文信息如下：
论文标题: Tuning adaptive gamma correction (TAGC) for enhancing images in low light
发表日期: 2025年07月
作者: Ghufran Alhamzawi, Alfoudi Ali Saeed, Suha Mohammed Hadi等
发表单位: University of Al-Qadisiyah, University of Information Technology and Communications等
原文链接: http://arxiv.org/pdf/2507.19574v1
实现效果如下图所示

这个过程无需玄学算法参与，无需对接任何 AI 相关的算法，仅仅只是非常简单的逐个像素进行数学计算。核心实现代码如下

/// <summary>
/// Tuning adaptive gamma correction (TAGC) 低光增强效果算法
/// </summary>
public class TuningAdaptiveGammaCorrectionAlgorithm
{
public static unsafe void Enhancement(WriteableBitmap sourceBitmap, WriteableBitmap targetBitmap)
{
if (sourceBitmap.Format != targetBitmap.Format)
{
return;
}
if (sourceBitmap.Format != PixelFormats.Bgra32)
{
return;
}
float inv255 = 1.0f / 255;
sourceBitmap.Lock();
targetBitmap.Lock();
byte* src = (byte*)sourceBitmap.BackBuffer;
byte* dest = (byte*)targetBitmap.BackBuffer;
var height = sourceBitmap.PixelHeight;
var width = sourceBitmap.PixelWidth;
var stride = sourceBitmap.BackBufferStride;
int channel = stride / width;
for (int yIndex = 0; yIndex < height; yIndex++)
{
byte* linePixelSource = src + yIndex * stride;
byte* linePixelDest = dest + yIndex * stride;
for (int xIndex = 0; xIndex < width; xIndex++)
{
float blue = linePixelSource[0] * inv255;
float green = linePixelSource[1] * inv255;
float red = linePixelSource[2] * inv255;
double l = 0.2126f * red + 0.7152 * green + 0.0722 * blue;
float a = (blue + green + red) / 3;
double gamma = 5.0f + (0.5f - l) * (1 - a) - 2 * l;
double y = 2 / gamma;
byte tb = ClampToByte((int)(Math.Pow(blue, y) * 255 + 0.4999999f));
double y1 = 2 / gamma;
byte tg = ClampToByte((int)(Math.Pow(green, y1) * 255 + 0.4999999f));
double y2 = 2 / gamma;
byte tr = ClampToByte((int)(Math.Pow(red, y2) * 255 + 0.4999999f));
byte ta = 0xFF;
linePixelDest[0] = tb;
linePixelDest[1] = tg;
linePixelDest[2] = tr;
linePixelDest[3] = ta;
linePixelSource += channel;
linePixelDest += channel;
}
}
targetBitmap.AddDirtyRect(new Int32Rect(0, 0, targetBitmap.PixelWidth, targetBitmap.PixelHeight));
sourceBitmap.Unlock();
targetBitmap.Unlock();
}
private static byte ClampToByte(int value)
{
return (byte)Math.Clamp(value, 0, byte.MaxValue);
}
}

复制代码

具体计算的原理，如 https://www.cnblogs.com/Imageshop/p/19025343 博客内容所述：

使用 Tuning adaptive gamma correction (TAGC) 确实能够帮我将很多拍摄暗光照片进行低光增强。但对于一些屏幕截图的效果或其他非拍摄的图片的处理效果不佳
整个算法代码看起来也比较清新，代码量也少，能够实现如此好的效果，也是需要给大佬们点赞。如果大家对此算法效果感兴趣，欢迎按照本文末尾的方法拉取我的代码跑跑看效果，或直接从 Imageshop 大佬那下载他已经构建好的程序
细心的伙伴也许看到了，在本文的 Enhancement 方法里面需要判断图片的格式，但并非所有的图片都能遵循此格式。好在 WPF 里面可以非常方便地通过 FormatConvertedBitmap 进行转换，此转换过程都是利用 WIC 多媒体进行转换，性能非常高，损耗非常低。核心代码如下

var formatConvertedBitmap = new FormatConvertedBitmap();
formatConvertedBitmap.BeginInit();
formatConvertedBitmap.Source = source;
formatConvertedBitmap.DestinationFormat = PixelFormats.Bgra32;
formatConvertedBitmap.EndInit();

复制代码

使用的时候直接将 FormatConvertedBitmap 当成 BitmapSource 传递就可以了。完全的从传入的图片文件路径，经过 TAGC 算法，将输出的 WriteableBitmap 给到 DestImage 控件的 Source 的代码如下

private void Enhancement(string filePath) { if (string.IsNullOrEmpty(filePath) || !File.Exists(filePath)) { return; } filePath = Path.GetFullPath(filePath); var source = new BitmapImage(new Uri(filePath)); SourceImage.Source = source; var formatConvertedBitmap = new FormatConvertedBitmap();
formatConvertedBitmap.BeginInit();
formatConvertedBitmap.Source = source;
formatConvertedBitmap.DestinationFormat = PixelFormats.Bgra32;
formatConvertedBitmap.EndInit(); var sourceBitmap = new WriteableBitmap(formatConvertedBitmap); var targetBitmap = new WriteableBitmap(sourceBitmap.PixelWidth, sourceBitmap.PixelHeight, sourceBitmap.DpiX, sourceBitmap.DpiY, sourceBitmap.Format, sourceBitmap.Palette); TuningAdaptiveGammaCorrectionAlgorithm.Enhancement(sourceBitmap, targetBitmap); var pngBitmapEncoder = new PngBitmapEncoder(); pngBitmapEncoder.Frames.Add(BitmapFrame.Create(targetBitmap)); using var stream = File.Create("1.png"); pngBitmapEncoder.Save(stream); DestImage.Source = targetBitmap; }

复制代码

以上的 DestImage 就是 Image 控件，界面代码定义如下

<Grid RowDefinitions="Auto,*">
<Grid>
<StackPanel Orientation="Horizontal">
<Button x:Name="OpenImageFileButton" Margin="10,10,10,0" Content="打开图片文件" Click="OpenImageFileButton_OnClick"/>
</StackPanel>
</Grid>
<Grid Grid.Row="1" ColumnDefinitions="*,*">
<Image x:Name="SourceImage" Stretch="Fill" Margin="10,10,10,10"/>
<Image x:Name="DestImage" Grid.Column="1" Stretch="Fill" Margin="10,10,10,10"/>
</Grid>
</Grid>

复制代码

按钮点击打开文件，其方法实现如下

private void OpenImageFileButton_OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
{
var openFileDialog = new OpenFileDialog()
{
Filter = "Image Files|*.jpg;*.jpeg;*.png;*.bmp;",
Multiselect = false,
};
openFileDialog.ShowDialog(this);
var file = openFileDialog.FileName;
Enhancement(file);
}

复制代码

本文代码放在 github 和 gitee 上，可以使用如下命令行拉取代码。我整个代码仓库比较庞大，使用以下命令行可以进行部分拉取，拉取速度比较快
先创建一个空文件夹，接着使用命令行 cd 命令进入此空文件夹，在命令行里面输入以下代码，即可获取到本文的代码

git init
git remote add origin https://gitee.com/lindexi/lindexi_gd.git
git pull origin 13152fb73b02bc3ec1acaca8c34ee44761fdff2c

复制代码

以上使用的是国内的 gitee 的源，如果 gitee 不能访问，请替换为 github 的源。请在命令行继续输入以下代码，将 gitee 源换成 github 源进行拉取代码。如果依然拉取不到代码，可以发邮件向我要代码

git remote remove origin
git remote add origin https://github.com/lindexi/lindexi_gd.git
git pull origin 13152fb73b02bc3ec1acaca8c34ee44761fdff2c

复制代码

获取代码之后，进入 WPFDemo/JoyojabujeaCocherallli 文件夹，即可获取到源代码
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