FastWaferPanel - 高性能晶圆图控件

概述

FastWaferPanel 是一个高性能的 WPF 晶圆图（Wafer Map）自定义控件，专为大规模晶圆测试数据显示而设计。它支持快速渲染、交互式选择和实时数据更新，适用于半导体测试、良率分析等场景。

版本说明

Version 2.3.0.22 (2026年6月30日)

添加 RectMat

渲染流程

Version 2.3.0.16 (2026年6月25日)

Stride 4字节对齐 + IntPtr 单次拷贝 + demo 版本同步修复。

BitImageHost (写入端)

• Stride 4字节对齐：WPF WriteableBitmap.WritePixels 要求 stride 为 4 的倍数，写入端计算对齐 stride (width × bpp + 3) & ~3，imageSize = stride × height。
• 智能 padding 处理：SDK 原始数据紧密排列，若 stride 已对齐则整块拷贝；否则逐行补齐 padding 字节后写入 MMF。
• Push(IntPtr, format) 单次拷贝：SDK 非托管指针 → Buffer.MemoryCopy → MMF 直接指针，跳过 Marshal.Copy + WriteArray 双重拷贝。AcquirePointer 获取 MMF 底层地址直写。
• MMF 按最大对齐尺寸分配：构造时以 Bgr24 对齐 stride 作为最大帧尺寸分配双缓冲。

BitPipelineHelper (读取端)

• 读取 HEADER_PIXELFORMAT 自动识别 Bgr24/Gray8，创建对应 WriteableBitmap
• LastPixelFormat 追踪格式变化，自动重建位图

三条 Push 路径对比

入口	拷贝次数	适用场景	5MP 耗时
Push(Bitmap)	GDI+转换 + 2次	需加水印/解码图片	~100ms
Push(byte[], format)	2次 (SDK→托管→MMF)	已有托管数组	~30ms
Push(IntPtr, format) 🆕	1次 (SDK→MMF)	直接对接相机SDK	~20ms

发送端示例

// ❌ 旧方式：两次拷贝
Marshal.Copy(frameOut.Image.PixelDataPtr, imageData, 0, dataSize);
streamer.Push(imageData, PixelFormatType.Gray8);

// ✅ 新方式：一次拷贝，三行变一行
streamer.Push(frameOut.Image.PixelDataPtr, PixelFormatType.Gray8);

demo 版本同步

• ImageStreamer.cs、Solution.ImageViewer\BitPipelineHelper.cs 同步所有修复

Version 2.3.0.15 (2026年6月24日)

BitImageHost 释放错误修复。

Version 2.3.0.15 (2026年6月23日)

修复双缓冲偏移不一致，新增 Gray8 格式支持，HEADER 增加像素格式字段。

BitImageHost (写入端)

• 修复双缓冲 Bug：WriteFrame 改为写入非活跃缓冲区（1 - _bufferIndex），与读取端偏移计算一致。旧代码写入活跃缓冲区后交换索引，导致读取端永远读到旧帧。
• 支持 Gray8：Push(byte[] raw, PixelFormatType format) 移除 NotSupportedException，根据格式自动计算 stride（Bgr24→width×3, Gray8→width×1）。
• HEADER 新增 pixelFormat：offset 24 写入格式标识（0=Bgr24, 1=Gray8），读取端自动识别。

BitPipelineHelper (读取端)

• 新增 HEADER_PIXELFORMAT 常量：offset 24，与写入端对齐。
• 自动格式识别：读取 pixelFormat → 创建对应 WriteableBitmap（PixelFormats.Bgr24 / PixelFormats.Gray8），bpp 自动推导。
• 格式变化重建：LastPixelFormat 字段追踪，格式变化时自动重建 WriteableBitmap。

HEADER 布局（32字节）

Offset:  0      4      8      12     16     20     24       28
      ┌──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬────────┐
      │Width │Height│Stride│Length│FrmId │BufIdx│PixFmt│ 预留   │
      └──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴────────┘

pixelFormat 为 int32，可编码 42 亿种格式，后续添加新格式无需扩容。

Version 2.3.0.13 (2026年6月4日)

添加位图处理管道（BitmapPipelineBuilder），支持链式调用对 WriteableBitmap 进行实时处理。

新增类

类	说明
BitmapPipelineBuilder	链式处理管道构建器
ImageViewer	新增直方图显示、NearestNeighbor 缩放

ImageViewer 新增功能

• RenderOptions.SetBitmapScalingMode → NearestNeighbor：放大时像素不模糊
• RenderOptions.SetEdgeMode → Aliased：边缘不抗锯齿
• 右下角灰度直方图（二值化开启时自动显示）

BitmapPipelineBuilder API

基本用法

// DoBitPipe 返回 BitmapPipelineBuilder，直接链式调用
var pipeline = ImageControl.DoBitPipe("Cam1",
    onConnected: () => { /* 连接成功 */ },
    onDisconnected: () => { /* 连接断开 */ });

pipeline
    .Binarization(50, 200)       // 双阈值二值化（后台线程）
    .Invert()                    // 反色（后台线程）
    .Process(bitmap => { })      // 自定义 UI 线程处理
    .ProcessBuffer((buf, w, h, stride, bpp) => { }); // 自定义后台线程处理

Binarization（双阈值带通滤波）

// 亮度在 [50, 200] → 白色，范围外 → 黑色
pipeline.Binarization(50, 200);

// 运行时实时修改阈值（下一帧生效）
pipeline.SetThresholds(30, 180);

// 开关二值化
pipeline.BinarizationEnabled = false;  // 关闭，显示原始图像
pipeline.BinarizationEnabled = true;   // 打开

// 直方图随 BinarizationEnabled 自动显示/隐藏

自定义处理

方法	线程	签名
Process	UI 线程	Action<WriteableBitmap>
ProcessBuffer	后台线程	Action<byte[] buffer, int w, int h, int stride, int bpp>

pipeline
    .ProcessBuffer((buf, w, h, stride, bpp) =>
    {
        // 后台线程，无 WPF 对象，高性能
        for (int y = 0; y < h; y++)
        {
            int row = y * stride;
            for (int x = 0; x < w; x++)
            {
                int i = row + x * bpp;
                // 直接操作 byte[]，例如亮度增强
                buf[i] = (byte)Math.Min(255, buf[i] * 1.2);
            }
        }
    })
    .Process(bitmap =>
    {
        // UI 线程，兼容旧 API
        // 可以调用 WriteableBitmapEx 扩展方法
    });

线程模型

每帧 Tick (30ms)
├─ UI 线程 ── ReadArray（读 MMF）→ byte[] buffer
├─ 后台线程 ── Binarization / Invert / ProcessBuffer（操作 byte[]）
├─ UI 线程 ── WritePixels（写入处理后的 buffer）
├─ UI 线程 ── Process() 自定义步骤
├─ UI 线程 ── SetImage / 直方图
└─ 防重入：Interlocked 跳过堆积帧

直方图

二值化开启时，右下角自动绘制 256 级灰度直方图，红色线为下限阈值，绿色线为上限阈值。

Version 2.3.0.2 (2026年5月27日)

添加菜单选择范围

Version 2.3.0.0 (2026年5月13日)

RollBack

Version 2.2.0.0 (2026.05.06)

RenderWaferCached()
├─ 位图需要重建？（尺寸/缩放变化）
│   ├─ 是 → 创建新 WriteableBitmap，标记全量重绘
│   └─ 否 → 仅平移，不需要重建
├─ 本帧立即绘制当前位图到 _waferVisual（即使过期，下帧更新）
├─ 捕获参数（Scale, Offset, DieWidth/Height, sorted数组引用等）
└─ Task.Run → 后台线程
    ├─ 遍历可见 Die，计算屏幕像素位置和颜色，填充 byte[]
    ├─ 检查 _renderVersion → 版本过期则丢弃
    └─ Dispatcher.BeginInvoke → UI 线程
        ├─ 再次检查版本号
        ├─ Lock → Marshal.Copy → AddDirtyRect → Unlock
        └─ RequestRender() 触发下帧重绘

平移时位图不需要重建，但内容需要重绘（Die 的屏幕位置变了）。后续可以优化为"滚动位图 + 只绘新露出的边缘"。

Version 2.1.0.9 (2026.04.14)

Version 2.1.0.8 有bug

Version 2.1.0.8 (2026.04.14)

用弱事件

Version 2.1.0.7 (2026.04.14)

RequestRender（高频） ↓ 合并（Dispatcher） PerformRender（单线程） ↓ 循环消费（防丢帧） Render（按需绘制）

Version 2.1.0.6 (2026.04.09)

优化刷新频率是有变化时才刷新

Version 2.1.0 (2026.04.01)

• 添加进程之前Bitmap图片传送

  使用方式

  发送端

  
  /// <param name="name">通道名称</param>
  /// <param name="width">图片宽度</param>
  /// <param name="height">图片长度</param>
  //public BitImageHost(string name, int width, int height)
  
  var streamer = new BitImageHost("Cam1", 1292, 964);
  
      while (true)
     {
      //byte[] buffer = new byte[stride * height];
      //// 模拟图像（随机）
      //rand.NextBytes(buffer);
      //rand.NextBytes(buffer);
      //streamer.Push(buffer,PixelFormatType.Gray8);        
         streamer.Push((Bitmap)bitmap.Clone());  
         Thread.Sleep(30); // ~30 FPS
     }
  

  接受端

     <Border>
         <ImageViewer x:Name="ImageControl" />
     </Border>
  

    ImageControl.DoBitPipe("Cam1",
        onConnected: () =>
        {
            // 连接成功回调（UI 线程）
            //StatusText.Text = "✅ 已连接 Cam1";
        },
        onDisconnected: () =>
        {
            // 连接断开回调
            //StatusText.Text = "⚠️ Cam1 断开，重连中...";
        });
  

Version 2.0.7 (2026.03.18)

• 修复 Fps 不显示问题.

• 添加DIe 状态

    public enum DieStatus
    {
        NONE,
        GOOD,
        BAD,
        EMPTY,
        REF
    }

• 添加统计功能
  • StatisticsModel: 0表示统计,1表示统计状态,2表示统计Bin
• 修复加载后Map居中问题
• 重置BinColor 调整对比度

Version 2.0.0 (2026.02.18)

• ✨ 初始版本发布

• 🎨 基础晶圆图渲染功能

• 🖱️ 鼠标交互（单击、框选、缩放、平移）

• 📊 60 FPS 流畅渲染

• 💡 悬停提示功能

• ⚡ 性能优化：视口裁剪、缓存机制

• 🎯 新增闪烁提示功能

• 🔧 添加数学坐标系支持

• 📝 优化文本渲染，支持动态字体大小

• 🚀 智能渲染请求系统

• 🎨 支持自定义 Die 颜色

• 📋 上下文菜单扩展

• 🔗 改进数据绑定支持

特性

🚀 高性能渲染

• 60 FPS 稳定帧率：使用定时器控制渲染频率，确保流畅的视觉体验
• 智能渲染请求：仅在有变化时请求重绘，避免不必要的性能消耗
• 视口裁剪：只渲染可见区域内的 Die，大幅提升大数据量下的性能
• 缓存机制：缓存格式化文本和画笔，减少重复创建开销

🎯 丰富的交互功能

• 多种选择模式：
  • 单击选择单个 Die
  • 框选矩形区域内的多个 Die
  • Ctrl+单击进行多选
• 鼠标操作：
  • 滚轮缩放（支持中心点缩放）
  • 中键拖拽平移视图
  • 右键打开上下文菜单
• 实时提示：
  • 鼠标悬停显示 Die 详细信息
  • 选中数量实时统计

🎨 灵活的显示控制

• 坐标系统：支持标准坐标系和数学坐标系切换
• 自定义尺寸：可独立设置 Die 的宽度和高度
• 动态文本显示：缩放级别足够时自动显示 Die 坐标和 BinCode
• 闪烁提示：支持指定 Die 的闪烁高亮

🔧 扩展性设计

• 接口分离：通过 IDieInfo 接口支持自定义数据模型
• 事件系统：
  • DieClicked：单击事件
  • SelectionChanged：选择变化事件
  • HoverChanged：悬停变化事件
  • RequestColorForSelected：请求设置颜色事件
• 数据绑定：支持与 MVVM 模式无缝集成

快速开始

安装

将 FastWaferPanel.cs 文件添加到您的 WPF 项目中，并确保引用必要的命名空间：

xml

<Window x:Class="YourNamespace.MainWindow"
        xmlns="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml/presentation"
        xmlns:x="http://schemas.microsoft.com/winfx/2006/xaml"
        xmlns:local="clr-namespace:BitWaferMap">
    
    <Grid>
        <local:FastWaferPanel x:Name="waferPanel"
                              Dies="{Binding Dies}"
                              DieWidth="15"
                              DieHeight="15"
                              UseMathCoordinate="False"/>
    </Grid>
</Window>

基本使用

csharp

// 创建数据
var dies = new ObservableCollection<IDieInfo>();
for (int x = 0; x < 50; x++)
{
    for (int y = 0; y < 50; y++)
    {
        dies.Add(new DieInfo
        {
            X = x,
            Y = y,
            BinCode = "PASS",
            Brush = Brushes.LightGreen
        });
    }
}

// 绑定到控件
waferPanel.Dies = dies;

// 居中显示
waferPanel.CenterViewOnDies(dies);

// 适应窗口
waferPanel.FitToWindow(dies);

高级用法

1. 自定义数据模型

实现 IDieInfo 接口来创建自定义数据模型：

csharp

public class CustomDieInfo : IDieInfo
{
    public int X { get; set; }
    public int Y { get; set; }
    public int Row { get; set; }
    public int Col { get; set; }
    public object? Tag { get; set; }
    public Brush Brush { get; set; } = Brushes.LightGray;
    public string BinCode { get; set; } = "N/A";
    
    // 自定义属性
    public double TestValue { get; set; }
    public DateTime TestTime { get; set; }
}

2. 响应选择事件

csharp

waferPanel.SelectionChanged += (s, e) =>
{
    var selected = e.SelectedDies;
    statusBar.Text = $"已选择: {selected.Count} 个 Die";
    
    foreach (var die in selected)
    {
        Console.WriteLine($"Die [{die.X},{die.Y}]: {die.BinCode}");
    }
};

waferPanel.DieClicked += (s, die) =>
{
    MessageBox.Show($"点击了 Die: ({die.X}, {die.Y})");
};

3. 动态更新数据

csharp

// 添加新 Die
if (waferPanel.Dies is ObservableCollection<IDieInfo> collection)
{
    collection.Add(new DieInfo { X = 10, Y = 20, BinCode = "FAIL" });
}

// 更新颜色
waferPanel.ChangeDieColor(5, 5, Brushes.Red);

// 批量更新选中颜色
waferPanel.ApplyColorToSelected(Brushes.Gold);

4. 闪烁提示功能

csharp

// 开始闪烁指定位置的 Die
waferPanel.StartBlink(new[] { (5, 5), (6, 6), (7, 7) });

// 停止闪烁
waferPanel.StopBlink(new[] { (5, 5) });

// 停止所有闪烁
waferPanel.StopAllBlink();

配置选项

属性	类型	说明
Dies	IEnumerable<IDieInfo>	晶圆数据源
SelectedDies	IEnumerable<IDieInfo>	当前选中的 Die 集合
SelectedDie	IDieInfo	当前选中的单个 Die
Mode	WaferPanelMode	操作模式（Normal/ExternalAdding/Selecting/Panning）
DieWidth	double	Die 宽度（像素）
DieHeight	double	Die 高度（像素）
UseMathCoordinate	bool	是否使用数学坐标系（Y轴向上）
Scale	double	缩放比例
Offset	Point	视图偏移量
IsTrack	bool	是否启用视图跟踪
StatisticsModel	int	0表示统计,1表示统计状态,2表示统计Bin

性能优化建议

1. 数据量优化：对于超过 10,000 个 Die 的数据，建议使用虚拟化或分页加载
2. 渲染优化：当 Die 数量巨大时，可以设置 DieWidth/Height 较小值
3. 文本显示：只在缩放级别足够时显示文本，避免过多文本渲染
4. 集合选择：优先使用 ObservableCollection 以便自动响应集合变化

Demo 示例

示例 1：基础晶圆图

csharp

// 创建 100x100 的晶圆图
var dies = new ObservableCollection<IDieInfo>();
var random = new Random();

for (int x = 0; x < 100; x++)
{
    for (int y = 0; y < 100; y++)
    {
        var value = random.NextDouble();
        var binCode = value > 0.9 ? "FAIL" : "PASS";
        var brush = value > 0.9 ? Brushes.Red : Brushes.LightGreen;
        
        dies.Add(new DieInfo
        {
            X = x,
            Y = y,
            BinCode = binCode,
            Brush = brush
        });
    }
}

waferPanel.Dies = dies;

示例 2：实时数据更新

csharp

// 模拟实时测试数据
var timer = new DispatcherTimer { Interval = TimeSpan.FromSeconds(1) };
timer.Tick += (s, e) =>
{
    var random = new Random();
    var x = random.Next(0, 100);
    var y = random.Next(0, 100);
    
    waferPanel.ChangeDieColor(x, y, 
        random.NextDouble() > 0.7 ? Brushes.Red : Brushes.Green);
};
timer.Start();

示例 3：良率分析

csharp

waferPanel.SelectionChanged += (s, e) =>
{
    var selected = e.SelectedDies;
    var failCount = selected.Count(d => d.BinCode == "FAIL");
    
    analysisText.Text = $"选中区域: {selected.Count} 个 Die\n" +
                       $"不良数: {failCount}\n" +
                       $"良率: {(1 - (double)failCount/selected.Count):P2}";
};

示例 4：自定义上下文菜单

csharp

var contextMenu = new ContextMenu();

var menuAnalyze = new MenuItem { Header = "分析选中区域" };
menuAnalyze.Click += (s, e) => AnalyzeSelectedRegion();

var menuExport = new MenuItem { Header = "导出数据" };
menuExport.Click += (s, e) => ExportSelectedData();

contextMenu.Items.Add(menuAnalyze);
contextMenu.Items.Add(menuExport);

waferPanel.ContextMenu = contextMenu;

常见问题

贡献指南

欢迎贡献代码、报告问题或提出新功能建议。请遵循以下步骤：

1. Fork 项目
2. 创建功能分支 (git checkout -b feature/AmazingFeature)
3. 提交更改 (git commit -m 'Add some AmazingFeature')
4. 推送到分支 (git push origin feature/AmazingFeature)
5. 创建 Pull Request

许可证

本项目采用 MIT 许可证 - 详见 LICENSE 文件

联系方式

• 作者：[cq.li]
• 邮箱：[lcq186@qq.com]
• 项目地址：[]

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