Benchmark przetwarzania obrazu i konwolucji w C#

Opis projektu

Projekt to narzędzie benchmarkingowe (test wydajnościowy) napisane w języku C#, służące do analizy porównawczej algorytmów przetwarzania obrazu. Głównym celem aplikacji jest zademonstrowanie różnic w szybkości działania oraz zarządzaniu pamięcią pomiędzy dwoma skrajnymi podejściami do manipulacji pikselami w środowisku .NET:

1. Nienadzorowanym (Unsafe) – niskopoziomowym, wykorzystującym wskaźniki.
2. Nadzorowanym (Managed) – bezpiecznym, operującym na strukturach zarządzanych.

Program aplikuje filtry konwolucyjne (splotu) o wielkości macierzy 5x5 na wczytany plik graficzny (w formatach 24bpp i 32bpp), precyzyjnie mierzy czas wykonania operacji oraz pozwala zbadać, jak mechanizm oczyszczania pamięci (Garbage Collector) wpływa na ogólną wydajność CPU.

---

Główne cechy i funkcjonalności

• Porównanie dwóch paradygmatów pamięci:
  • Direct Access (Unsafe Mode): Wykorzystuje blokowanie pamięci bitmapy w pamięci RAM za pomocą LockBits oraz bezpośredni dostęp do bajtów przez wskaźniki (byte*). Ta metoda omija narzut sprawdzania granic tablic i jest dodatkowo zoptymalizowana wielowątkowo przy użyciu System.Threading.Tasks.Parallel.For.
  • Managed 2D Array Mode: Kopiuje całą zawartość obrazu do dwuwymiarowej tablicy zarządzanej byte[,] za pomocą Marshal.Copy i Buffer.BlockCopy. Wykonuje operacje w sposób bezpieczny dla środowiska uruchomieniowego, lecz wiąże się to z większą alokacją pamięci i niższa wydajnością.
• Wbudowana biblioteka filtrów 5x5 (Convolution Kernels):
  • GaussianBlur5x5 – Rozmycie Gaussa (filtr domyślny)
  • BoxBlur5x5 – Proste rozmycie pudełkowe
  • Sharpen5x5 – Wyostrzanie krawędzi i detali
  • Laplacian5x5 – Detekcja krawędzi (operator Laplace'a)
  • Identity5x5 – Filtr neutralny (kopia 1:1)
• Automatyczna normalizacja filtrów: Algorytm samoczynnie sprawdza i przelicza wagi macierzy, zapewniając, że ich suma wynosi 1. Zapobiega to niezamierzonemu rozjaśnieniu lub ściemnieniu obrazu wynikowego.
• Testowanie wpływu Garbage Collectora: Aplikacja oferuje opcję wymuszenia pełnej kolekcji GC (GC.Collect() oraz GC.WaitForPendingFinalizers) bezpośrednio przed pomiarem, co pozwala sprawdzić realny wpływ zarządzania pamięcią na wydajność.
• Zapis wyników: Przetworzone obrazy są automatycznie zapisywane w dedykowanym folderze obrazy_wynikowe na Pulpicie użytkownika z unikalną nazwą określającą metodę, filtr i status GC.

---

Wymagania i konfiguracja

Przed uruchomieniem projektu należy upewnić się, że spełnione są poniższe warunki:

1. Włączona opcja Unsafe Code

Ponieważ metoda bezpośrednia używa wskaźników, w pliku projektu (.csproj) lub we właściwościach projektu w Visual Studio należy zaznaczyć opcję Allow unsafe code:

<AllowUnsafeBlocks>true</AllowUnsafeBlocks>