图像处理基础知识

一.BMP图片格式定义

BMP文件格式是Windows操作系统推荐和支持的标准图像文件格式,是一种将内存或显示器的图像数据不经过压缩而直接按位存盘的文件格式,故称位图(bitmap),其扩展名为BMP.BMP图像通常有4个部分组成:位图文件头、位图信息头、颜色表、位图数据.如下图所示:

第一部分为位图文件头BITMAPFILEHEADER.位图文件头结构长度固定为14个字节,包含文件的类型、大小、位图文件保留字、位图数据距文件头的偏移量.其中WORD为无符号16位整数(2byte),DWORD为无符号32位整数(4byte).具体结构体定义如下:

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1. //位图文件头  
2. typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {  
3.     WORD       bfType;           //位图文件的类型，必须为BM 0x424d 表示.bmp         
4.     DWORD      bfSize;           //位图文件的大小，以字节为单位 包括该14字节      
5.     WORD       bfReserved1;      //位图文件保留字，必须为0           
6.     WORD       bfReserved2;      //位图文件保留字，必须为0           
7.     DWORD      bfOffBits;        //位图数据距文件头的偏移量，以字节为单位 即前三部分和  
8. } BITMAPFILEHEADER;  

第二部分为位图信息头BITMAPINFOHEADER,该结构也固定为40个字节,用于说明位图的尺寸、宽高、像素、分辨率、颜色表等信息.具体结构定义如下:

[cpp] view plain copy

1. //位图信息头  
2. typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {  
3.     DWORD      biSize;            //本结构所占用字节数 40字节  
4.     LONG       biWidth;           //位图的宽度，以像素为单位  
5.     LONG       biHeight;          //位图的高度，以像素为单位  
6.     WORD       biPlanes;          //目标设备的级别，必须为1  
7.     WORD       biBitCount;        //每个像素所需的位数，必须是1（双色）、  
8.                                   //4（16色）、8（256色）或24（真彩色）之一  
9.     DWORD      biCompression;     //位图压缩类型，必须是 0（BI_RGB不压缩）、  
10.                                   //1（BI_RLE8压缩类型）或2（BI_RLE压缩类型）之一  
11.     DWORD      biSizeImage;       //位图的大小，以字节为单位  
12.     LONG       biXPelsPerMeter;   //位图水平分辨率，每米像素数  
13.     LONG       biYPelsPerMeter;   //位图垂直分辨率，每米像素数  
14.     DWORD      biClrUsed;         //位图实际使用的颜色表中的颜色数  
15.     DWORD      biClrImportant;    //位图显示过程中重要的颜色数   
16. } BITMAPINFOHEADER;  

第三部分为颜色表或调色板(Palette).有些位图需要调色板,有些位图如真彩色图(biBitCount=24)不需要调色板,它们的BITMAPINFOHEADER后面直接是位图数据.调色板实际是一个数组,共有biClrUsed个元素(如果该值为零,则有2的biBitCount次幂个元素).数组中每个元素的类型是一个RGBQUAD结构,占4字节.定义如下:

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1. //位图颜色表  
2. typedef struct tagRGBQUAD  
3. {  
4.     BYTE       rgbBlue;           //蓝色的亮度（值范围为0～255）  
5.     BYTE       rgbGreen;          //绿色的亮度（值范围为0～255）  
6.     BYTE       rgbRed;            //红色的亮度（值范围为0～255）  
7.     BYTE       rgbReserved;       //保留，必须为0  
8. } RGBQUAD;  

第四部分就是实际的图像数据.对于真彩色图(24位位图 biBitCount=24),图像数据就是实际的RGB值;对于用到调色板的位图,图像数据就是该像素颜色在调色板中的索引值.下面对2色、16色、256色和真彩色位图分别介绍:
(1).2色位图:当biBitCount=1时,用1位就可以表示该像素的颜色(0表示黑,1表示白),所以8个像素占1个字节;
(2).16色位图:当biBitCount=4时,用4为可以表示一个像素的颜色,所以2个像素占1个字节;
(3).256色位图:当biBitCount=8时,用1个字节表示1个像素,1个像素占1个字节;
(4).真彩色图:当biBitCount=24时,此时用3个字节表示1个像素,其中RGB各占1字节,由于没有颜色表,位图信息头后面是位图数据.

同时,注意以下几点:
1.由于Windows规定一个扫描所占的字节数必须是4的倍数(即以long为单位),不足的以0填充.同时注意下面公式,计算只含位图数据的大小:biSizeImage=(((bi.biWidth*bi.biBitCount)+31)/(32*4))*bi.Height

2.BMP图片格式的数据是从下到上、从左到右读.即文件中最先读到的图像是最下面一行的左边第一个元素,即从左下角开始存储(0,0)点,从左下角到右上角存储数据.尤其是在图像几何变换平移、旋转时,我就犯过这样的错误,本想让图像从左下角向右上移动,结果刚好相反,后面也会通过实例加深大家的印象.

3.如果想使用C语言\C++显示图片,建议自定义个ImageStruct.h的头文件.包含BMP位图的位图文件头结构、位图信息头结构、位图颜色表3个结构,在实例变量操作.而使用MFC,因为在wingdi.h文件中系统已经定义了BMP图像的结构BITMAPFILEHEADER、BITMAPINFOHEADER,直接在View.h中用他俩实例定义即可.

24位位图总结如下：

示例有以下变量：

BITMAPFILEHEADER bmpFileHeader;

BITMAPINFOHEADER bmpInfoHeader;

LONG width=bmpInfoHeader.biWidth;

LONG height=bmpInfoHeader.biHeight;

WORD biBitCount=bmpInfoHeader.biBitCount;

LONG lineByte;

DWORD biSizeImage;

1.lineByte=(widthidth*biBitCount+31)/32*4;

2.biSizeImage=lineByte*height;

3.bmpFileHeader.bfSize=sizeof(BITMAPFILEHEADER)+sizeof(BITMAPFILEHEADER)+biSizeImage;

//bfOffBits 是从位图文件头到位图数据的偏移量

//24位位图NumberOfRGBQUAD =0

4.bmpFileHeader.bfOffBits = sizeof (BITMAPFILEHEADER) + sizeof (BITMAPINFOHEADER)

+ NumberOfRGBQUAD * sizeof (RGBQUAD)  ;