我在尋找將一些拍攝出來(lái)的比較暗的圖片進(jìn)行光亮增強(qiáng)的算法，用于處理我出門(mén)拍的一些照片。我從博客園找到了 Imageshop 大佬記錄的伊拉克團(tuán)隊(duì)的TAGC（低光增強(qiáng)效果）算法實(shí)現(xiàn)，通過(guò)閱讀大佬的博客和對(duì)應(yīng)的論文，基于 WPF 的 WriteableBitmap 實(shí)現(xiàn) TAGC 低光增強(qiáng)效果算法

開(kāi)始之前，必須感謝 只(摯)愛(ài)圖像處理 - Imageshop 大佬的分享。本文將參閱 伊拉克團(tuán)隊(duì)的TAGC（低光增強(qiáng)效果）算法實(shí)現(xiàn)。 - Imageshop - 博客園 進(jìn)行實(shí)現(xiàn)

原論文信息如下：

論文標(biāo)題: Tuning adaptive gamma correction (TAGC) for enhancing images in low light

發(fā)表日期: 2025年07月

作者: Ghufran Alhamzawi, Alfoudi Ali Saeed, Suha Mohammed Hadi等

發(fā)表單位: University of Al-Qadisiyah, University of Information Technology and Communications等

原文鏈接: http://arxiv.org/pdf/2507.19574v1

實(shí)現(xiàn)效果如下圖所示

這個(gè)過(guò)程無(wú)需玄學(xué)算法參與，無(wú)需對(duì)接任何 AI 相關(guān)的算法，僅僅只是非常簡(jiǎn)單的逐個(gè)像素進(jìn)行數(shù)學(xué)計(jì)算。核心實(shí)現(xiàn)代碼如下

/// <summary>
/// Tuning adaptive gamma correction (TAGC) 低光增強(qiáng)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);
    }
}

具體計(jì)算的原理，如 http://www.rzrgm.cn/Imageshop/p/19025343 博客內(nèi)容所述：

使用 Tuning adaptive gamma correction (TAGC) 確實(shí)能夠幫我將很多拍攝暗光照片進(jìn)行低光增強(qiáng)。但對(duì)于一些屏幕截圖的效果或其他非拍攝的圖片的處理效果不佳

整個(gè)算法代碼看起來(lái)也比較清新，代碼量也少，能夠?qū)崿F(xiàn)如此好的效果，也是需要給大佬們點(diǎn)贊。如果大家對(duì)此算法效果感興趣，歡迎按照本文末尾的方法拉取我的代碼跑跑看效果，或直接從 Imageshop 大佬那下載他已經(jīng)構(gòu)建好的程序

細(xì)心的伙伴也許看到了，在本文的 Enhancement 方法里面需要判斷圖片的格式，但并非所有的圖片都能遵循此格式。好在 WPF 里面可以非常方便地通過(guò) FormatConvertedBitmap 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，此轉(zhuǎn)換過(guò)程都是利用 WIC 多媒體進(jìn)行轉(zhuǎn)換，性能非常高，損耗非常低。核心代碼如下

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

使用的時(shí)候直接將 FormatConvertedBitmap 當(dāng)成 BitmapSource 傳遞就可以了。完全的從傳入的圖片文件路徑，經(jīng)過(guò) TAGC 算法，將輸出的 WriteableBitmap 給到 DestImage 控件的 Source 的代碼如下

    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;
    }

以上的 DestImage 就是 Image 控件，界面代碼定義如下

    <Grid RowDefinitions="Auto,*">
        <Grid>
            <StackPanel Orientation="Horizontal">
                <Button x:Name="OpenImageFileButton" Margin="10,10,10,0" Content="打開(kāi)圖片文件" 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>

按鈕點(diǎn)擊打開(kāi)文件，其方法實(shí)現(xiàn)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);
    }

本文代碼放在 github 和 gitee 上，可以使用如下命令行拉取代碼。我整個(gè)代碼倉(cāng)庫(kù)比較龐大，使用以下命令行可以進(jìn)行部分拉取，拉取速度比較快

先創(chuàng)建一個(gè)空文件夾，接著使用命令行 cd 命令進(jìn)入此空文件夾，在命令行里面輸入以下代碼，即可獲取到本文的代碼

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

以上使用的是國(guó)內(nèi)的 gitee 的源，如果 gitee 不能訪問(wèn)，請(qǐng)?zhí)鎿Q為 github 的源。請(qǐng)?jiān)诿钚欣^續(xù)輸入以下代碼，將 gitee 源換成 github 源進(jìn)行拉取代碼。如果依然拉取不到代碼，可以發(fā)郵件向我要代碼

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

獲取代碼之后，進(jìn)入 WPFDemo/JoyojabujeaCocherallli 文件夾，即可獲取到源代碼

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