睿豐德科技 專注RFID識別技術和條碼識別技術與管理軟件的集成項目。質量追溯系統、MES系統、金蝶與條碼系統對接、用友與條碼系統對接

文本內容轉載自《數字圖像處理編程入門》，代碼為自己實現

1.1圖和調色板的概念

如今Windows(3.x以及95，98，NT)系列已經成為絕大多數用戶使用的操作系統，它比DOS成功的一個重要因素是它可視化的漂亮界面。那么Windows是如何顯示圖象的呢？這就要談到位圖(bitmap)。

我們知道，普通的顯示器屏幕是由許許多多點構成的，我們稱之為象素。顯示時采用掃描的方法：電子槍每次從左到右掃描一行，為每個象素著色，然后從上到下這樣掃描若干行，就掃過了一屏。為了防止閃爍，每秒要重復上述過程幾十次。例如我們常說的屏幕分辨率為640×480，刷新頻率為70Hz，意思是說每行要掃描640個象素，一共有480行，每秒重復掃描屏幕70次。

我們稱這種顯示器為位映象設備。所謂位映象，就是指一個二維的象素矩陣，而位圖就是采用位映象方法顯示和存儲的圖象。舉個例子，圖1.1是一幅普通的黑白位圖，圖1.2是被放大后的圖，圖中每個方格代表了一個象素。我們可以看到：整個骷髏就是由這樣一些黑點和白點組成的。

                                                                     

1.1    骷髏                                                                            圖1.2     放大后的骷髏位圖

那么，彩色圖是怎么回事呢？

我們先來說說三元色RGB概念。

我們知道，自然界中的所有顏色都可以由紅、綠、藍(R，G，B)組合而成。有的顏色含有紅色成分多一些，如深紅；有的含有紅色成分少一些，如淺紅。針對含有紅色成分的多少，可以分成0到255共256個等級，0級表示不含紅色成分；255級表示含有100%的紅色成分。同樣，綠色和藍色也被分成256級。這種分級概念稱為量化。

這樣，根據紅、綠、藍各種不同的組合我們就能表示出256×256×256，約1600萬種顏色。這么多顏色對于我們人眼來說已經足夠豐富了。

表1.1     常見顏色的RGB組合值

顏色

R

G

B

紅

255

0

0

藍

0

255

0

綠

0

0

255

黃

255

255

0

紫

255

0

255

青

0

255

255

白

255

255

255

黑

0

0

0

灰

128

128

128

你大概已經明白了，當一幅圖中每個象素賦予不同的RGB值時，能呈現出五彩繽紛的顏色了，這樣就形成了彩色圖。的確是這樣的，但實際上的做法還有些差別。

讓我們來看看下面的例子。

有一個長寬各為200個象素，顏色數為16色的彩色圖，每一個象素都用R、G、B三個分量表示。因為每個分量有256個級別，要用8位(bit)，即一個字節(byte)來表示，所以每個象素需要用3個字節。整個圖象要用200×200×3，約120k字節，可不是一個小數目呀！如果我們用下面的方法，就能省的多。

因為是一個16色圖，也就是說這幅圖中最多只有16種顏色，我們可以用一個表：表中的每一行記錄一種顏色的R、G、B值。這樣當我們表示一個象素的顏色時，只需要指出該顏色是在第幾行，即該顏色在表中的索引值。舉個例子，如果表的第0行為255，0，0(紅色)，那么當某個象素為紅色時，只需要標明0即可。

讓我們再來計算一下：16種狀態可以用4位(bit)表示，所以一個象素要用半個字節。整個圖象要用200×200×0.5，約20k字節，再加上表占用的字節為3×16=48字節.整個占用的字節數約為前面的1/6，省很多吧？

這張R、G、B的表，就是我們常說的調色板(Palette)，另一種叫法是顏色查找表LUT(Look UpTable)，似乎更確切一些。Windows位圖中便用到了調色板技術。其實不光是Windows位圖，許多圖象文件格式如pcx、tif、gif等都用到了。所以很好地掌握調色板的概念是十分有用的。

有一種圖，它的顏色數高達256×256×256種，也就是說包含我們上述提到的R、G、B顏色表示方法中所有的顏色，這種圖叫做真彩色圖(true color)。真彩色圖并不是說一幅圖包含了所有的顏色，而是說它具有顯示所有顏色的能力，即最多可以包含所有的顏色。表示真彩色圖時，每個象素直接用R、G、B三個分量字節表示，而不采用調色板技術。原因很明顯：如果用調色板，表示一個象素也要用24位，這是因為每種顏色的索引要用24位(因為總共有2²⁴種顏色，即調色板有2²⁴行)，和直接用R，G，B三個分量表示用的字節數一樣，不但沒有任何便宜，還要加上一個256×256×256×3個字節的大調色板。所以真彩色圖直接用R、G、B三個分量表示，它又叫做24位色圖。

1.2 bmp文件格式

介紹完位圖和調色板的概念，下面就讓我們來看一看Windows的位圖文件(.bmp文件)的格式是什么樣子的。

bmp文件大體上分成四個部分，如圖1.3所示。

位圖文件頭BITMAPFILEHEADER

位圖信息頭BITMAPINFOHEADER

調色板Palette

實際的位圖數據ImageDate

圖1.3     Windows位圖文件結構示意圖

第一部分為位圖文件頭BITMAPFILEHEADER，是一個結構，其定義如下：

typedefstruct tagBITMAPFILEHEADER {

WORD          bfType;

DWORD bfSize;

WORD          bfReserved1;

WORD          bfReserved2;

DWORDbfOffBits;

}BITMAPFILEHEADER;

這個結構的長度是固定的，為14個字節(WORD為無符號16位整數，DWORD為無符號32位整數)，各個域的說明如下：

bfType

指定文件類型，必須是0x424D，即字符串“BM”，也就是說所有.bmp文件的頭兩個字節都是“BM”。

bfSize

指定文件大小，包括這14個字節。

bfReserved1，bfReserved2     

為保留字，不用考慮

bfOffBits

為從文件頭到實際的位圖數據的偏移字節數，即圖1.3中前三個部分的長度之和。

第二部分為位圖信息頭BITMAPINFOHEADER，也是一個結構，其定義如下：

typedefstruct tagBITMAPINFOHEADER{

DWORD biSize;

LONG           biWidth;

LONG           biHeight;

WORD          biPlanes;

WORD          biBitCount

DWORD biCompression;

DWORD biSizeImage;

LONG           biXPelsPerMeter;

LONG           biYPelsPerMeter;

DWORD biClrUsed;

DWORD biClrImportant;

}BITMAPINFOHEADER;

這個結構的長度是固定的，為40個字節(LONG為32位整數)，各個域的說明如下：

biSize

指定這個結構的長度，為40。

biWidth

指定圖象的寬度，單位是象素。

biHeight

指定圖象的高度，單位是象素。

biPlanes

必須是1，不用考慮。

biBitCount

指定表示顏色時要用到的位數，常用的值為1(黑白二色圖), 4(16色圖), 8(256色), 24(真彩色圖)(新的.bmp格式支持32位色，這里就不做討論了)。

biCompression

指定位圖是否壓縮，有效的值為BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS(都是一些Windows定義好的常量)。要說明的是，Windows位圖可以采用RLE4，和RLE8的壓縮格式，但用的不多。我們今后所討論的只有第一種不壓縮的情況，即biCompression為BI_RGB的情況。

biSizeImage

指定實際的位圖數據占用的字節數，其實也可以從以下的公式中計算出來：

biSizeImage=biWidth’ × biHeight

要注意的是：上述公式中的biWidth’必須是4的整倍數(所以不是biWidth，而是biWidth’，表示大于或等于biWidth的，最接近4的整倍數。舉個例子，如果biWidth=240，則biWidth’=240；如果biWidth=241，biWidth’=244)。

如果biCompression為BI_RGB，則該項可能為零

biXPelsPerMeter

指定目標設備的水平分辨率，單位是每米的象素個數，關于分辨率的概念，我們將在第4章詳細介紹。

biYPelsPerMeter

指定目標設備的垂直分辨率，單位同上。

biClrUsed

指定本圖象實際用到的顏色數，如果該值為零，則用到的顏色數為2^biBitCount。

biClrImportant

指定本圖象中重要的顏色數，如果該值為零，則認為所有的顏色都是重要的。

第三部分為調色板Palette，當然，這里是對那些需要調色板的位圖文件而言的。有些位圖，如真彩色圖，前面已經講過，是不需要調色板的，BITMAPINFOHEADER后直接是位圖數據。

調色板實際上是一個數組，共有biClrUsed個元素(如果該值為零，則有2^biBitCount個元素)。數組中每個元素的類型是一個RGBQUAD結構，占4個字節，其定義如下：

typedefstruct tagRGBQUAD {

BYTE   rgbBlue; //該顏色的藍色分量

BYTE   rgbGreen; //該顏色的綠色分量

BYTE   rgbRed; //該顏色的紅色分量

BYTE   rgbReserved; //保留值

} RGBQUAD;

第四部分就是實際的圖象數據了。對于用到調色板的位圖，圖象數據就是該象素顏在調色板中的索引值。對于真彩色圖，圖象數據就是實際的R、G、B值。下面針對2色、16色、256色位圖和真彩色位圖分別介紹。

對于2色位圖，用1位就可以表示該象素的顏色(一般0表示黑，1表示白)，所以一個字節可以表示8個象素。

對于16色位圖，用4位可以表示一個象素的顏色，所以一個字節可以表示2個象素。

對于256色位圖，一個字節剛好可以表示1個象素。

對于真彩色圖，三個字節才能表示1個象素，哇，好費空間呀！沒辦法，誰叫你想讓圖的顏色顯得更亮麗呢，有得必有失嘛。

要注意兩點：

(1)    每一行的字節數必須是4的整倍數，如果不是，則需要補齊。這在前面介紹biSizeImage時已經提到了。

(2)    一般來說，.bMP文件的數據從下到上，從左到右的。也就是說，從文件中最先讀到的是圖象最下面一行的左邊第一個象素，然后是左邊第二個象素……接下來是倒數第二行左邊第一個象素，左邊第二個象素……依次類推，最后得到的是最上面一行的最右一個象素。

開發工具：vc++6.0，Win32 控制臺程序

 

[cpp] view plaincopy  

1. /** 
2. * 程序名: WorkBmp.cpp 
3. * 功  能: 讀取和顯示24位BMP圖像,并把圖像數據輸入到ImageData.txt中 
4. * 24位bmp可以通過畫圖程序中的另存為的文件類型中可以選擇 
5. * bmp文件放到工程目錄下 
6. */  
7. #include <iostream.h>  
8. #include <stdio.h>  
9. #include <windows.h>  
10. #include <fstream.h>  
11. int biWidth;  //圖像寬  
12. int biHeight;  //圖像高  
13. int biBitCount; //圖像類型，每像素位數  
14. //RGBQUAD *pColorTable;  //顏色表指針  
15. unsigned char *pBmpBuf;  //存儲圖像數據  
16. int lineByte;         //圖像數據每行字節數  
17. /** 
18. * 函數名: readBmp 
19. * 參  數: bmpName -- bmp文件名 
20. * 功  能: 讀入bmp文件，并獲取相應的信息 
21. */  
22. bool readBmp(char *bmpName)  
23. {  
24.     FILE *fp;  
25.     if( (fp = fopen(bmpName,"rb")) == NULL)  //以二進制的方式打開文件  
26.     {  
27.         cout<<"The file "<<bmpName<<"was not opened"<<endl;  
28.         return FALSE;  
29.     }  
30.     if(fseek(fp,sizeof(BITMAPFILEHEADER),SEEK_CUR))  //跳過BITMAPFILEHEADE  
31.     {  
32.         cout<<"跳轉失敗"<<endl;  
33.         return FALSE;  
34.     }  
35.     BITMAPINFOHEADER infoHead;  
36.     fread(&infoHead,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp);   //從fp中讀取BITMAPINFOHEADER信息到infoHead中,同時fp的指針移動  
37.     biWidth = infoHead.biWidth;  
38.     biHeight = infoHead.biHeight;  
39.     biBitCount = infoHead.biBitCount;  
40.     lineByte = (biWidth*biBitCount/8+3)/4*4;   //lineByte必須為4的倍數  
41.     //24位bmp沒有顏色表，所以就直接到了實際的位圖數據的起始位置  
42.     pBmpBuf = new unsigned char[lineByte * biHeight];  
43.     fread(pBmpBuf,sizeof(char),lineByte * biHeight,fp);  
44.     fclose(fp);   //關閉文件  
45.     return TRUE;  
46.   
47. }  
48. /** 
49. * 函數名: saveBmp 
50. * 參  數: bmpName -- bmp文件名 
51. * 功  能: 將bmp位圖文件的相關信息，寫入新創建的文件中 
52. */  
53. bool saveBmp(char *bmpName)  
54. {  
55.     FILE *fp;  
56.     if( (fp = fopen(bmpName,"wb") )== NULL)   //以二進制寫入方式打開  
57.     {  
58.         cout<<"打開失敗!"<<endl;  
59.         return FALSE;  
60.     }  
61.     //設置BITMAPFILEHEADER參數  
62.     BITMAPFILEHEADER fileHead;  
63.     fileHead.bfType = 0x4D42;     
64.     fileHead.bfSize = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER) + lineByte * biHeight;  
65.     fileHead.bfReserved1 = 0;  
66.     fileHead.bfReserved2 = 0;  
67.     fileHead.bfOffBits = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER);  
68.     fwrite(&fileHead,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,fp);  
69.     //設置BITMAPINFOHEADER參數  
70.     BITMAPINFOHEADER infoHead;  
71.     infoHead.biSize = 40;  
72.     infoHead.biWidth = biWidth;  
73.     infoHead.biHeight = biHeight;  
74.     infoHead.biPlanes = 1;  
75.     infoHead.biBitCount = biBitCount;  
76.     infoHead.biCompression = BI_RGB;  
77.     infoHead.biSizeImage = lineByte * biHeight;  
78.     infoHead.biXPelsPerMeter = 0;  
79.     infoHead.biYPelsPerMeter = 0;  
80.     infoHead.biClrUsed = 0;  
81.     infoHead.biClrImportant = 0;  
82.     //寫入  
83.     fwrite(&infoHead,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp);  
84.     fwrite(pBmpBuf,sizeof(char),lineByte * biHeight,fp);  
85.     fclose(fp);    //關閉文件  
86.     return TRUE;  
87.   
88.   
89. }  
90. /** 
91. * 函數名: work 
92. * 功  能: 處理位圖信息，并將位圖數據保存到ImageData文件中 
93. */  
94. void work()  
95. {  
96.     char readFileName[] = "nv.BMP";   //定義要讀入的文件名  
97.     if(FALSE == readBmp(readFileName))  
98.         cout<<"readfile error!"<<endl;  
99.     //輸出圖像的信息  
100.     cout<<"Width = "<<biWidth<<" Height = "<<biHeight<<" biBitCount="<<biBitCount<<endl;  
101.     ofstream outfile("ImageData.txt",ios::in | ios::trunc);  
102.     if(!outfile)  
103.     {  
104.         cout<<"open error"<<endl;  
105.         return ;  
106.     }  
107.     int count = 0;  
108.     //圖像數據信息是從左下角按行開始存儲的  
109.     for(int i = 0; i < biHeight; i++ )  
110.     {  
111.         for(int j = 0; j < biWidth; j++ )  
112.         {  
113.             for(int k = 0; k < 3; k++ )  
114.             {  
115.                 int temp = *(pBmpBuf + i * lineByte + j + k);  
116.                 count++;  
117.                 outfile<<temp<<" ";  
118.                 if(count % 8 == 0)  
119.                 {  
120.                     outfile<<endl;  
121.                 }  
122.             }  
123.         }  
124.     }  
125.     cout<<"總的像素數:"<<count / 3<<endl;  
126.   
127.     char writeBmpName[] = "nvcpy.BMP";  
128.     saveBmp(writeBmpName);  
129.     delete []pBmpBuf;  //釋放內存  
130. }  
131.   
132. int main()  
133. {  
134.     work();  
135.     return 0;  
136. }  
137.                                            from:http://blog.csdn.net/sun1956/article/details/8648460

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