BMP图像的结构及读写和灰度化
1.文档目的
本文档主要给出24位真彩BMP图像的结构、读写和灰度化方法。
2．一般BMP图像的结构
一般的bmp文件的结结构主要包括文件头，BMP信息头，调色板，位图数据内容
(1)BMP文件头(14字节) ,文件的第0字节到第13字节为BMP图像的文件头。BMP文件头数据结构含有BMP文件的类型、文件大小和位图起始位置等信息。
其结构定义如下:
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER
{
WORD bfType; // 位图文件的类型，必须为BM(0-1字节)
DWORD bfSize; // 位图文件的大小，以字节为单位(2-5字节)
WORD bfReserved1; // 位图文件保留字，必须为0(6-7字节)
WORD bfReserved2; // 位图文件保留字，必须为0(8-9字节)
DWORD bfOffBits; // 位图数据的起始位置，以相对于位图(10-13字节) // 文件头的偏移量表示，以字节为单位
} BITMAPFILEHEADER；
(2) BMP信息头
位图信息头(40字节)，文件的第14个字节到第53个字节为BMP图像的信息头，位图信息头数据用于说明位图的尺寸等信息。
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
DWORD biSize; // 本结构所占用字节数(14-17字节)
LONG biWidth; // 位图的宽度，以像素为单位(18-21字节)
LONG biHeight; // 位图的高度，以像素为单位(22-25字节)
WORD biPlanes; // 目标设备的级别，必须为1(26-27字节)
WORD biBitCount;// 每个像素所需的位数，必须是1(双色), 4(16色)，8(256色)或24(真彩色)之一(28-29字节)
DWORD biCompression; // 位图压缩类型，必须是 0(不压缩), 1(BI_RLE8压缩类型)或2(BI_RLE4压缩类型)之一(30-33字节)
DWORD biSizeImage; // 位图的大小，以字节为单位(34-37字节)
LONG biXPelsPerMeter; // 位图水平分辨率，每米像素数(38-41字节) LONG biYPelsPerMeter; // 位图垂直分辨率，每米像素数(42-45字节) DWORD biClrUsed;// 位图实际使用的颜色表中的颜色数(46-49字节)
DWORD biClrImportant;// 位图显示过程中重要的颜色数(50-53字节) } BITMAPINFOHEADER;
(3) 调色板
调色板用于说明位图中的颜色，它有若干个表项，每一个表项是一个RGBQUAD类型的结构，定义一种颜色。RGBQUAD结构的定义如下: typedef struct tagRGBQUAD {
BYTE rgbBlue; // 蓝色的亮度(值范围为0-255)
BYTE rgbGreen; // 绿色的亮度(值范围为0-255)
BYTE rgbRed; // 红色的亮度(值范围为0-255)
BYTE rgbReserved;// 保留，必须为0
} RGBQUAD;
调色板中RGBQUAD结构数据的个数有biBitCount来确定:
当biBitCount=1,4,8时，分别有2,16,256个表项;
当biBitCount=24时，该BMP图像就是24Bit真彩图，没有调色板项。
(4)：位图数据内容
位图数据记录了位图的每一个像素值，记录顺序是在扫描行内是从左到右,扫描行之间是从下到上。位图的一个像素值所占的字节数由biBitCount来确定: 当biBitCount=1时，8个像素占1个字节;
当biBitCount=4时，2个像素占1个字节;
当biBitCount=8时，1个像素占1个字节;
当biBitCount=24时,1个像素占3个字节;
Windows规定一个扫描行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。
例如：
24Bit真彩图每一行占的实际字节数：
nBytesPerLine =[(bi.biWidth*3+3)/4*4 // bi.biWidth为图像宽度灰度图每一行占的实际字节数：
nBytesPerLine = ((bi.biWidth+3)/4)*4
3. 24位真彩BMP图像的结构及灰度图的结构
(1)24位真彩BMP图像的结构主要由文件头，BMP信息头， BMP数据内容，没有调色板。
(2)灰度图的结构主要包括文件头，BMP信息头，调色板，BMP数据内容四部分。灰度图的调色板共有256项RGBQUAD结构，存放0到255的灰度值，每一项rgbRed、rgbGreen、rgbBlue分量值相等。调色板空间的申请的具体设置如下： RGBQUAD *ipRGB2 = (RGBQUAD *)malloc(256*sizeof(RGBQUAD));//调色板的大小为1024字节
for ( i = 0; i < 256; i++ )
ipRGB2[i].rgbRed = ipRGB2[i].rgbGreen = ipRGB2[i].rgbBlue = i;
4.BMP图像的读写
BMP图像的读:
(1)首先定义BMP文件头和信息头变量
BITMAPFILEHEADER bf; //BMP文件头结构体
BITMAPINFOHEADER bi; //BMP信息头结构体
(2)创建文件输入流 fp
fp=fopen(fileName,"rb"); //fileName为BMP图像文件名
(3)读取信息头、文件头
fread(&bf,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,fp);
fread(&bi,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp);
经过这两条程序把BMP图像的信息头、文件头赋给bf和bi变量，可以根据bf和bi得到图像的各种属性。
(4) 读取BMP调色板
fread(ipRGB2,sizeof(RGBQUAD),256,fp);
(5)读取BMP位图数据
定义一个二维数组Imgdata来存取BMP位图数据
unsigned char * * Imgdata;
Imgdata=new unsigned char*[bi.biHeight]; //声明一个指针数组
for ( i=0;i Imgdata[i]=new unsigned char[(bi.biWidth*3+3)/4*4]; //每个数组元素也是一个指针数组 for ( i=0;i for(j=0;j<(bi.biWidth*3+3)/4*4;j++) fread(&Imgdata[i][j],1,1,fp);//每次只读取一个字节，存入数组 BMP图像的写: (1)创建一个输出流fp fp=fopen("mybmp.bmp","wb"); (2)写BMP图像的信息头、文件头 fwrite(&bf2,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,fp); fwrite(&bi2,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp); (3)写BMP调色板 fwrite(ipRGB2,sizeof(RGBQUAD),256,fp); (4) 写BMP图像的位图数据部分 for (i=(bi.biHeight)-1 ;i>=0;i--) for (j=0 ;j<(bi.biWidth*3+3)/4*4;j++) fwrite(&Imgdata[i][j],1,1,fp); 5. 24位真彩BMP图像的灰度化 把24位真彩BMP图像转变成256阶灰度图的具体步骤如下： (1) 修改信息头 信息头共有11部分，灰度化时需要修改两部分 bi2.biBitCount=8; bi2.biSizeImage=( (bi.biWidth+3)/4 ) * 4*bi.biHeight； (2)修改文件头 文件头共有5部分，灰度化时需要修改两部分 bf2.bfOffBits = sizeof(bf2)+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+256*sizeof(RGBQUAD); bf2.bfSize = bf2.bfOffBits + bi2.biSizeImage; (3)创建调色板 RGBQUAD *ipRGB2 = (RGBQUAD *)malloc(256*sizeof(RGBQUAD)); for ( i = 0; i < 256; i++ ) ipRGB2[i].rgbRed = ipRGB2[i].rgbGreen = ipRGB2[i].rgbBlue = i; (4)修改位图数据部分 这部分主要是由原真彩图的rgbRed、rgbGreen、rgbBlue分量值得到灰度图像的灰度值Y，可以用下面公式得到： Y=0.299*rgbRed+0.587* rgbGreen+0.114*rgbBlue； 具体修改代码如下： int nBytesPerLine2 = ( (bi.biWidth+3)/4 ) * 4; nLineStart2 = nBytesPerLine2 * i; for ( int j = 0; j ImgData2[nLineStart2+j]= int( (float)Imgdata[i][3 * j] * 0.114 + \ (float)Imgdata[i][3 * j + 1] * 0.587 + \ (float)Imgdata[i][3 * j + 2] * 0.299 );//用一个一维数组顺序存储灰度值 (5)按顺序写入BMP图像的各个部分 fwrite(&bf2,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,fp); fwrite(&bi2,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp); fwrite(ipRGB2,sizeof(RGBQUAD),256,fp); fwrite(ImgData2,nImageSize2,1,fp); 附：BMP的读取和灰度化程序代码： #include #include #include #include #include #include int main() { BITMAPFILEHEADER bf; //BMP文件头结构体 BITMAPINFOHEADER bi; //BMP信息头结构体 FILE* fp; //指向文件的指针 RGBQUAD *ipRGB; // DWORD LineByte,ImgSize; unsigned char * * Imgdata; int i,j; char fileName[256]; //打开文件 printf("please enter filename:"); scanf("%s",fileName); fp=fopen(fileName,"rb"); if(fp == NULL){ printf("Open file error!"); exit(0); } //读取信息头、文件头 fread(&bf,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,fp); //把指针fp所指向的文件的头信息写入bf（地址） fread(&bi,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp); LineByte=bi.biSizeImage / bi.biHeight; //计算位图的实际宽度并确保它为的倍数 ImgSize=(DWORD)LineByte*bi.biHeight; Imgdata=new unsigned char*[bi.biHeight]; //声明一个指针数组 if(bi.biBitCount==24){ for ( i=0;i Imgdata[i]=new unsigned char[(bi.biWidth*3+3)/4*4]; //每个数组元素也是一个指针数组for ( i=0;i for(j=0;j<(bi.biWidth*3+3)/4*4;j++) fread(&Imgdata[i][j],1,1,fp);//每次只读取一个字节，存入数组 } fclose(fp); //写入另一个文件 fp=fopen("mybmp.bmp","wb"); //以下定义中带“2”的都是新图像信息。 BITMAPFILEHEADER bf2; BITMAPINFOHEADER bi2; int nBytesPerLine2 = ( (bi.biWidth+3)/4 ) * 4; int nImageSize2 = nBytesPerLine2 * bi.biHeight; memcpy( &bi2, &bi, sizeof(BITMAPINFOHEADER) ); bi2.biBitCount=8; bi2.biSizeImage=nImageSize2; bf2.bfType = 0x4d42; bf2.bfReserved1 = bf2.bfReserved2 = 0; bf2.bfOffBits = sizeof(bf2)+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+256*sizeof(RGBQUAD); bf2.bfSize = bf2.bfOffBits + nImageSize2; fwrite(&bf2,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,fp); fwrite(&bi2,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp); RGBQUAD *ipRGB2 = (RGBQUAD *)malloc(256*sizeof(RGBQUAD)); for ( i = 0; i < 256; i++ ) ipRGB2[i].rgbRed = ipRGB2[i].rgbGreen = ipRGB2[i].rgbBlue = i; fwrite(ipRGB2,sizeof(RGBQUAD),256,fp); unsigned char *ImgData2 = new unsigned char[nImageSize2]; int nLineStart2; for ( i=0;i { nLineStart2 = nBytesPerLine2 * i; for ( int j = 0; j ImgData2[nLineStart2+j]= int( (float)Imgdata[i][3 * j] * 0.114 + \ (float)Imgdata[i][3 * j + 1] * 0.587 + \ (float)Imgdata[i][3 * j + 2] * 0.299 ); } fwrite(ImgData2,nImageSize2,1,fp); free(Imgdata); fclose(fp); return 0; } b m p文件格式详解 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 BMP文件格式，又称为Bitmap（位图）或是DIB(Device-IndependentDevice，设备无关位图)，是Windows系统中广泛使用的图像文件格式。由于它可以不作任何变换地保存图像像素域的数据，因此成为我们取得RAW数据的重要来源。Windows的图形用户界面（graphicaluserinterfaces）也在它的内建图像子系统GDI中对BMP格式提供了支持。 下面以Notepad++为分析工具，结合Windows的位图数据结构对BMP文件格式进行一个深度的剖析。 BMP文件的数据按照从文件头开始的先后顺序分为四个部分： bmp文件头(bmpfileheader)：提供文件的格式、大小等信息 位图信息头(bitmapinformation)：提供图像数据的尺寸、位平面数、压缩方式、颜色索引等信息 调色板(colorpalette)：可选，如使用索引来表示图像，调色板就是索引与其对应的颜色的映射表 位图数据(bitmapdata)：就是图像数据啦^_^ 下面结合Windows结构体的定义，通过一个表来分析这四个部分。 我们一般见到的图像以24位图像为主，即R、G、B三种颜色各用8 个bit来表示，这样的图像我们称为真彩色，这种情况下是不需要调色 板的，也就是所位图信息头后面紧跟的就是位图数据了。因此，我们 常常见到有这样一种说法：位图文件从文件头开始偏移54个字节就是 位图数据了，这其实说的是24或32位图的情况。这也就解释了我们 按照这种程序写出来的程序为什么对某些位图文件没用了。 下面针对一幅特定的图像进行分析，来看看在位图文件中这四个数据 段的排布以及组成。 我们使用的图像显示如下： 这是一幅16位的位图文件，因此它是含有调色板的。 在拉出图像数据进行分析之前，我们首先进行几个约定： 1.在BMP文件中，如果一个数据需要用几个字节来表示的话，那么该数据的存放字节顺序为“低地址村存放低位数据，高地址存放高位数据”。如数据 0x1756在内存中的存储顺序为： 这种存储方式称为小端方式(littleendian),与之相反的是大端方式（bigendian）。对两者的使用情况有兴趣的可以深究一下，其中还是有学问的。 2.以下所有分析均以字节为序号单位进行。 下面我们对从文件中拉出来的数据进行剖析： 一、bmp文件头 Windows为bmp文件头定义了如下结构体： typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {？ 位图文件(B it m a p-File，BMP)格式是Windows采用的图像文件存储格式，在Windows环境下运行的所有图像处理软件都支持这种格式。Windows 3.0以前的BMP位图文件格式与显示设备有关，因此把它称为设备相关位图(d evice-d ependent b itmap，DDB)文件格式。Windows 3.0以后的BMP位图文件格式与显示设备无关，因此把这种BMP位图文件格式称为设备无关位图(d evice-i ndependent b itmap，DIB)格式，目的是为了让Windows能够在任何类型的显示设备上显示BMP位图文件。BMP位图文件默认的文件扩展名是BMP或者bmp。 6.1.2 文件结构 位图文件可看成由4个部分组成：位图文件头(bitmap-file header)、位图信息头(bitmap-information header)、彩色表(color table)和定义位图的字节阵列，它们的名称和符号如表6-01所示。 表6-01 BMP图像文件组成部分的名称和符号 位图文件的组成结构名称符号 位图文件头(bitmap-file header)BITMAPFILEHEADE R bmfh 位图信息头(bitmap-information header)BITMAPINFOHEADE R bmih 彩色表(color table)RGBQUAD aColors[] 图像数据阵列字节BYTE aBitmapBits[ ] 位图文件结构可综合在表6-02中。 表6-02 位图文件结构内容摘要 偏移量域的名称大小内容 图像文件头0000h标识符 (Identifie r) 2 bytes两字节的内容用来识别位图的类型： ‘BM’ ： Windows 3.1x, 95, NT, linux ‘BA’ ：OS/2 Bitmap Array ‘CI’ ：OS/2 Color Icon ‘CP’ ：OS/2 Color Pointer ‘IC’ ： OS/2 Icon ‘PT’ ：OS/2 Pointer 0002h File Size 1 dword用字节表示的整个文件的大小 0006h Reserved 1 dword保留，设置为0 000Ah Bitmap Data Offset 1 dword从文件开始到位图数据开始之间的数据(bitmap data)之间的偏移量 000Eh Bitmap Header Size 1 dword位图信息头(Bitmap Info Header)的长度，用来 描述位图的颜色、压缩方法等。下面的长度表示： 28h - Windows 3.1x, 95, NT, … 0Ch - OS/2 1.x F0h - OS/2 2.x 0012h Width 1 dword位图的宽度，以像素为单位 0016h Height 1 dword位图的高度，以像素为单位 001Ah Planes 1 word位图的位面数 图像001Ch Bits Per Pixel 1 word每个像素的位数 1 - Monochrome bitmap 数字图像的灰度处理 数字图像处理的目的和意义： 图象处理着重强调的是在图象之间进行的各种变换，对图象进行各种加工以改善图象的视觉效果。在图象的灰度处理中，增强操作、直方图及图象间的变换是实现点操作的增强方式，又被称作灰度变换。本文主要介绍了一些数字图像灰度处理的方法，其中图象取反是实现图象灰度值翻转的最直接的方法；灰度切分可实现强化某一灰度值的目的。对直方图进行均衡化修正，可使图象的灰度间距增大或灰度均匀分布、增大反差，使图象的细节变得清晰。 数字图像处理是20世纪60年代初期所形成的一门涉及多领域的交叉学科。所谓数字图像处理，又称为计算机图像处理，就是指用数字计算机及其它有关的数字硬件技术，对图像施加某种应算和处理，从而达到某种预期的目的。在大多数情况下，计算机采用离散的技术来处理来自连续世界的图像。实际上图像是连续的，计算机只能处理离散的数字图像，所以要要对连续图像经过采样和量化以获得离散的数字图像。 数字图像处理中图像增强的目的是改善图像的视觉效果，针对给定图像的应用场合，有目的地强调图像的整体或局部特性，扩大图像中不同物体特征之间的差别，满足某些特殊分析的需要。其方法是通过一定手段对原图像附加一些信息或变换数据，有选择地突出图像中感兴趣的特征或者抑制图像中某些不需要的特征，使图像与视觉响应特性相匹配。而通过改变图像的灰度以期达到一种很好的视觉效果是图像增强的一种手段。灰度变换的目的是为了改善画质，使图像显示效果更加清晰。 图像的点应算是一种既简单又重要的技术，它能让用户改变图像数据占据的灰度范围。一幅输入图像经过点应算后将产生一幅新的输出图像，由输入像素点的灰度值决定相应的输出像素点的灰度值。图像的点应算可以有效的改变图像的直方图分布，以提高图像的分辨率和图像的均衡。点应算可以按照预定的方式改变一幅图像的灰度直方图。除了灰度级的改变是根据某种特定的灰度变换函数进行之外，点应算可以看作是“从像素到像素”的复制操作。如果输入图像为A（x,y）, 第1章绪论 1.1数字图像 数字图像，又称数码图像或数位图像，是二维图像用有限数字数值像素的表示。数字图像是由模拟图像数字化得到的、以像素为基本元素的、可以用计算机或数字电路存储和处理的图像。 像素（或像元，Pixel）是数字图像的基本元素，像素是在模拟图像数字化时对连续空间进行离散化得到的。每个像素具有整数行（高）和列（宽）位置坐标，同时每个像素都具有整数灰度值或颜色值。 通常，像素在计算机中保存为二维整数数阻的光栅图像，这些值经常用压缩格式进行传输和储存。数字图像可以许多不同的输入设备和技术生成，例如数码相机、扫描仪、坐标测量机、seismographic profiling、airborne radar等等，也可以从任意的非图像数据合成得到，例如数学函数或者三维几何模型，三维几何模型是计算机图形学的一个主要分支。数字图像处理领域就是研究它们的变换算法。 1.2设计平台 本次设计采用的平台是MATLAB 7.0。MATLAB编程语言被业界称为第四代计算机语言，它允许按照数学推导的习惯编写程序。MATLAB7.0的工作环境包括当前工作窗口、命令历史记录窗口、命令控制窗口、图形处理窗口、当前路径选择菜单、程序编辑器、变量查看器、模型编辑器、GUI编辑器以及丰富的函数库和MATLAB附带的大量M文件。 MATLAB是由美国Math Works公司生产的一个为科学和工程计算专门设计的交互式大型软件，是一个可以完成各种计算和数据处理的、可视化的、强大的计算工具。它集图示和精确计算于一身，在应用数学、物理、化工、机电工程、医药、金融和其他需要进行复杂计算的领域得到了广泛应用。MATLAB作为一种科学计算的高级语言之所以受欢迎，就是因为它有丰富的函数资源和工具箱资源，编程人员可以根据自己的需要选择函数，而无需再去编写大量繁琐的程序代码，从而减轻了编程人员的工作负担，被称为第四代编程语言。 在MATLAB设计环境中，图像处理工具箱提供一套全方位的参照标准算法 GDI基本概念及思想 编写代码的一般步骤：先用CreateDC创建（或GetDC获取）device content（DC）,然后用GetObject获取（或使用创建object的函数创建）需要的object，并用SelectObject将获取的object选入device content(DC),再使用object进行相应的画图操作，最后用SelectObject将原来的object重新选入DC，并delete 或release删除或释放前面创建或获取的DC。 1.关于device context (DC)设备内容：用来显示位图的地方. 四种设备内容:显示器设备内容、打印机设备内容、内存设备内容、Information 设备内容，常用的有显示器DC和内存DC. Device Context Types: There are four types of DCs: display, printer, memory (or compatible), and information. Device context Description Display Supports drawing operations on a video display. Printer Supports drawing operations on a printer or plotter. Memory Supports drawing operations on a bitmap. Information Supports the retrieval of device data. 其中需要注意的一种类型是:Memory Device Contexts，将在bitmap处理中详细介绍。 创建和获取DC的相关函数: CreateDC,CreateCompatibleDC,GetDC,GetCurrentDC. 其中CreateCompatibleDC用于创建内存设备内容. 刷新、释放和删除DC的相关函数: ResetDC,ReleaseDC,DeleteDC.前者当DC有变动时用来重置DC,后者用来释放使用万完的DC. DeleteDC与CreateDC对应使用 ReleaseDC与GetDC对应使用 2.关于graphical object（GDI objects）： 包括:pen,brush,bitmap,palette,region,path. 获取、选择和删除object的相关函数： 基于MATLAB的彩色图像灰度处理 成绩 数字图像处理期末考试 题目基于Matlab的彩色图像灰度化处理 专业、班级11电信一班 姓名钱叶辉 学号 1109121025 基于Matlab的彩色图像灰度化处理 摘要 在计算机领域中，灰度数字图像是每个像素只有一个采样颜色的图像。这类图像通常显示为从最暗的黑色到最亮的白色的灰度，尽管理论上这个采样可以是任何颜色的不同深浅，甚至可以是不同亮度上的不同颜色。灰度图像与黑白图像不同，在计算机图像领域中黑白图像只有黑色与白色两种颜色；灰度图像在黑色与白色之间还有许多级的颜色深度。但是，在数字图像领域之外，“黑白图像”也表示“灰度图像”，例如灰度的照片通常叫做“黑白照片”。在一些关于数字图像的文章中单色图像等同于灰度图像，在另外一些文章中又等同于黑白图像[1]。 彩色图像的灰度化技术在现代科技中应用越来越广泛, 例如人脸目标的检测与匹配 以及运动物体目标的监测等等, 在系统预处理阶段, 都要把采集来的彩色图像进行灰度化处理, 这样既可以提高后续算法速度, 而且可以提高系统综合应用实效, 达到更为理想的要求。因此研究图像灰度化技术具有重要意义。 关键词：灰度化；灰度数字图像；单色图像 一、设计原理 将彩色图转化成为灰度图的过程称为图像的灰度化处理。彩色图像中的每个像素的颜色有R、G、B三个分量决定，而每个分量有255个中值可取，这样一个像素点可以有1600多万（255*255*255）的颜色的变化范围。而灰度图像是R、G、B三个分量相同的一种特殊的彩色图像，其中一个像素点的变化范围为255种，所以在数字图像处理中一般先将各种格式的图像转变成灰度图像以使后续的图像的计算量变得少一些。灰度图像的描述与彩色图像一样仍然反映了整幅图像的整体和局部的色度和亮度等级的分布和特征[2]。 在RGB模型中，如果R=G=B时，则彩色表示一种灰度颜色，其中R=G=B的值叫做灰度值。因此，灰度图像每个像素只需一个字节存放灰度值（又称强度值、亮度值），灰度范围为0-255。本设计采用三种方法对图像进行灰度化处理。 加权平均法；平均值法；最大值法。 二、彩色图像的灰度化处理 2.1加权平均法 根据重要性及其它指标，将R、G、B三个分量以不同的权值进行加权平均。由于人眼对绿色的敏感度最高，对蓝色敏感度最低。因此，在MATLAB中我们可以按下式系统函数对RGB三分量进行加权平均能得到较合理的灰度图像。 f(i,j)=0.30R(i,j)+0.59G(i,j)+0.11B(i,j)) （2-1）程序首先读取一个RGB格式的图象,然后调用已有的函数rgb2gray()来实现彩色图像灰度化。 图2.1加权平均法的图像灰度处理 2.2平均值法[3] 将彩色图像中的R、G、B三个分量的亮度求简单的平均值，将得到均值作为灰度值 C语言BMP图片处理 BMP是bitmap的缩写形式，bitmap顾名思义，就是位图也即Windows位图。它一般由4部分组成：文件头信息块、图像描述信息块、颜色表（在真彩色模式无颜色表）和图像数据区组成。在系统中以BMP为扩展名保存。 打开Windows的画图程序，在保存图像时，可以看到三个选项：2色位图（黑白）、16色位图、256色位图和24位位图。这是最普通的生成位图的工具，在这里讲解的BMP位图形式，主要就是指用画图生成的位图（当然，也可以用其它工具软件生成）。 现在讲解BMP的4个组成部分： 1.文件头信息块 0000-0001：文件标识，为字母ASCII码“BM”。 0002-0005：文件大小。 0006-0009：保留，每字节以“00”填写。 000A-000D：记录图像数据区的起始位置。各字节的信息依次含义为：文件头信息块大小，图像描述信息块的大小，图像颜色表的大小，保留（为01）。 2.图像描述信息块 000E-0011：图像描述信息块的大小，常为28H。 0012-0015：图像宽度。 0016-0019：图像高度。 001A-001B：图像的plane(平面？)总数（恒为1）。 001C-001D：记录像素的位数，很重要的数值，图像的颜色数由该值决定。001E-0021：数据压缩方式（数值位0：不压缩；1：8位压缩；2：4位压缩）。0022-0025：图像区数据的大小。 0026-0029：水平每米有多少像素，在设备无关位图（.DIB）中，每字节以00H 填写。 002A-002D：垂直每米有多少像素，在设备无关位图（.DIB）中，每字节以00H 填写。 002E-0031：此图像所用的颜色数，如值为0，表示所有颜色一样重要。 3.颜色表 颜色表的大小根据所使用的颜色模式而定：2色图像为8字节；16色图像位64字节；256色图像为1024字节。其中，每4字节表示一种颜色，并以B（蓝色）、G（绿色）、R（红色）、alpha（像素的透明度值，一般不需要）。即首先4字节表示颜色号0的颜色，接下来表示颜色号1的颜色，依此类推。 4.图像数据区 目录 第1章绪论............................................................................................................................ - 1 - 第2章设计原理.................................................................................................................... - 2 - 第3章彩色图像的灰度化处理............................................................................................ - 3 - 3.1加权平均法 .. (3) 3.2平均值法 (3) 3.3最大值法 (4) 3.4举例对比 (5) 3.5结果分析 (6) 第4章结论.......................................................................................................................... - 8 - 参考文献....................................................................................................... 错误！未定义书签。附录............................................................................................................................................ - 9 - 位图文件结构 1.位图文件头（BITMAPFILEHEADER）：14字节 typedef struct tagBITMAPGILEHEADER{ WORD bfType; //值为0x4d42 DWORD bfSize; //位图文件的大小 WORD bfReserved1; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; } BITMATPFILEHEADER; 2.位图信息： typedef struct tagBITMAPINFO{ BITMAPINFOHEADER bmiHeader; //位图信息头 RGBQUAD bmiColors; //颜色表 } BITMAPINFO; 1)位图信息头： typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ DWORD biSize; //位图信息头的字节数sizeof(BITMAPINFOHEADER) LONG biWidth; //以像素为单位的图像宽度 LONG biHeight; //以像素为单位的图像长度 WORD biPlanes; //目标设备的位平面数 WORD biBitCount; //每个像素的位数【1】 DWORD biCompression; //图像的压缩格式（这个值几乎总是为0） DWORD biSizeImage; //以字节为单位的图像数据的大小 LONG biXpelsPerMeter; //水平方向上的每米的像素个数 LONG biYpelsPerMeter; //垂直方向上的每米的像素个数 DWORD biClrUsed; //调色板中实际使用的颜色数，通常为0 DWORD biClrImportant; //实现位图时必须的颜色数，通常为0 } BITMAPINFOHEADER; 【1】每个像素的位数 0，用在JPEG格式中 1，单色图，调色板中含有两种颜色，也就是我们通常说的黑白图片 4，16色图 8，256色图，通常说的灰度图 16，64K图，一般没有调色板，图像数据中每两个字节表示一个图像，5个或6个位表示一个RGB分量 24，16M真彩色图，一般没有调色板，图像数据中每3个字节表示一个像素，每个字节表示一个RGB分量 32，4G真彩色，一般没有调色板，每4个字节表示一个像素，相对24位真彩图而言，加入了一个透明度，即RGBA模式 2)颜色表： 针对16位以下的图像而设置的。对于16位以下的图像，由于其位图像素数据中记 录的只是调色板索引值，因而需要根据这个索引到调色板去取得相应的RGB颜色。 typedef struct tagRGBQUAD{ BYTE rgbBlue; 一. 实验名称：空间图像增强（一） 一．实验目的 1．熟悉和掌握利用matlab工具进行数字图像的读、写、显示、像素处理等数字图像处理的基本步骤和流程。 2．熟练掌握各种空间域图像增强的基本原理及方法。 3．熟悉通过灰度变换方式进行图像增强的基本原理、方法和实现。 4．熟悉直方图均衡化的基本原理、方法和实现。 二．实验原理 （一）数字图像的灰度变换 灰度变换是图像增强的一种经典而有效的方法。灰度变换的原理是将图像的每一个像素的灰度值通过一个函数，对应到另一个灰度值上去从而实现灰度的变换。常见的灰度变换有线性灰度变换和非线性灰度变换，其中非线性灰度变换包括对数变换和幂律（伽马）变换等。 1、线性灰度变换 1）当图像成像过程曝光不足或过度，或由于成像设备的非线性和图像记录设备动态范围太窄等因素，都会产生对比度不足的弊病，使图像中的细节分辨不清，图像缺少层次。这时，可将灰度范围进行线性的扩展或压缩，这种处理过程被称为图像的线性灰度变换。对灰度图像进行线性灰度变换能将输入图像的灰度值的动态范围按线性关系公式拉伸扩展至指定范围或整个动态范围。 2）令原图像f(x,y)的灰度范围为[a,b]，线性变换后得到图像g(x,y)，其灰度范围为[c,d]，则线性灰度变换公式可表示为 a y x f b y x f a b y x f c c a y x f a b c d d y x g <≤≤>?????+---=),(),(),(, ,]),([,),( (1) 由(1)式可知，对于介于原图像f (x,y )的最大和最小灰度值之间的灰度值，可通过线性变换公式，一一对应到灰度范围[c,d]之间，其斜率为(d-c)/(b-a)；对于小于原图像的最小灰度值或大于原图像的最大灰度值的灰度值，令其分别恒等于变换后的最小和最大灰度值。变换示意图如图1所示。 图1 线性灰度变换示意图 当斜率大于一时，变换后的灰度值范围得到拉伸，图像对比度得到提高；当斜率小于一时，变换后的灰度值范围被压缩，最小与最大灰度值的差变小，图像对比度降低；当斜率等于一时，相当于对图像不做变换。 3）由上述性质可知，线性灰度变换能选择性地加强或降低特定灰度值范围内的对比度，故线性灰度变换同样也可做分段处理：对于有价值的灰度范围，将斜率调整为大于一，用于图像细节；对于不重要的灰度范围，将图像压缩，降低对比度，减轻无用信息的干扰。最常用的分段线性变换的方法是分三段进行线性变换。 在原图像灰度值的最大值和最小值之间设置两个拐点，在拐点处，原图像的灰度值分别为r 1，r 2，该拐点对应的变换后的图像的灰度值分别为s 1，s 2，另外，取原图像灰度的最小值为r 0,最大值为r m ，对应的变换后的灰度值分别为s 0，s m 。 图像灰度化 颜色可分为黑白色和彩色。黑白色指颜色中不包含任何的色彩成分，仅由黑色和白色组成。在RGB颜色模型中，如果R=G=B，则颜色（R, G, B）表示一种黑白颜色；其中R=G=B的值叫做灰度值，所以黑白色又叫做灰度颜色。彩色和灰度之间可以互相转化，由彩色转化为灰度的过程叫做灰度化处理；由灰度化转为彩色的过程称为伪彩色处理。 相应地，数字图像可分为灰度图像和彩色图像。通过灰度化处理和伪彩色处理，可以使伪彩色图像与灰度图像相互转化。 灰度化就是使彩色的R，G，B分量值相等的过程。由于R，G，B的取值范围是0 ~ 255，所以灰度的级别只有256级，即灰度图像仅能表现256种颜色（灰度）。 灰度化的处理方法主要有如下3种[6]： （1）最大值法：使R，G，B的值等于3值中最大的一个，即 R=G=B=max(R，G,，B) (2-3 ) 最大值法会形成亮度很高的灰度图像。 （2）平均值法：使R，G，B的值求出平均值，即 R=G=B=(R+G+B)/3 (2-4 )平均值法会形成比较柔和的灰度图像。 （3）加权平均值法：根据重要性或其他指标给R，G，B赋予不同的权值，并使R，G，B的值加权平均，即 R=G=B=（W r R + W g G + W b B）/3 (2-5 )其中W r，W g，W b分别为R，G，B的权值。W r，W g，W b取不同的值，加权平均值法就形成不同的灰度图像。由于人眼对绿色的敏感度最高，红色次之，对蓝色最低，因此使W g>W r>W b将得到比较合理的灰度图像。实验和理论推导证明，但W r= 0.30，W g =0.59，W b=0.11时，即当 V gray=0.30R + 0.59G + 0.11B R=G=B= V gray(2-6 )时，能得到最合理的灰度图像。 本文采用方法(3)实现灰度转化，有比较好的效果，结果如图所示。 BMP文件格式 简介 BMP(Bitmap-File)图形文件是Windows采用的图形文件格式，在Windows环境下运行的所有图象处理软件都支持BMP图象文件格式。Wi ndows系统内部各图像绘制操作都是以BMP为基础的。Windows 3.0以前的BMP图文件格式与显示设备有关，因此把这种BMP图象文件格式称为设备相关位图DDB(device-dependent bitmap)文件格式。Windows 3.0以后的BMP图象文件与显示设备无关，因此把这种BM P图象文件格式称为设备无关位图DIB(device-independent bitmap)格式（注：Windows 3.0以后，在系统中仍然存在DDB位图，象BitBl t()这种函数就是基于DDB位图的，只不过如果你想将图像以BMP格式保存到磁盘文件中时，微软极力推荐你以DIB格式保存），目的是为了让Windows能够在任何类型的显示设备上显示所存储的图象。BMP位图文件默认的文件扩展名是BMP或者bmp（有时它也会以.DIB 或.RLE作扩展名）。 此图用WinHex软件打开后结果如下：（在介绍完bmp文件格式后会具体分析这些数字，最后也有matlab对此图的分析）注：此图是24位真彩色图。 文件结构 位图文件可看成由4个部分组成：位图文件头(bitmap-file header)、位图信息头(bitmap-information header)、彩色表(color table)和定义位图的字节阵列，它具有如下所示的形式。 位图文件结构可综合在表6-01中。表01 位图文件结构内容摘要 构件详解 1. 位图文件头 位图文件头包含有关于文件类型、文件大小、存放位置等信息，在Windows 3.0以上版本的位图文件中用BITMAPFILEHEADER结构来定义： typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { /* bmfh */ UINT bfType; DWORD bfSize; UINT bfReserved1; UINT bfReserved2; DWORD bfOffBits; } BITMAPFILEHEADER; 其中： bfType 说明文件的类型.（该值必需是0x4D42，也就是字符'BM'。我们不需要判断OS/2的位图标识，这么做现在来看似乎已经没有什么意义了，而且如果要支持OS/2的位图，程序将变得很繁琐。所以，在此只建议你检察'BM'标识） bfSize 说明文件的大小，用字节为单位bfReserved1 保留，必须设置为0 bmp头文件格式 1：BMP文件组成 BMP文件由文件头、位图信息头、颜色信息和图形数据四部分组成。2：BMP文件头(14字节) BMP文件头数据结构含有BMP文件的类型、文件大小和位图起始位置等信息。 其结构定义如下: typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { WORDbf Type; // 位图文件的类型，必须为BMP(0-1字节) DWORD bfSize; // 位图文件的大小，以字节为单位(2-5字节) WORD bfReserved1; // 位图文件保留字，必须为0(6-7字节) WORD bfReserved2; // 位图文件保留字，必须为0(8-9字节) DWORD bfOffBits; // 位图数据的起始位置，以相对于位图(10-13字节) // 文件头的偏移量表示，以字节为单位 } BITMAPFILEHEADER; 3：位图信息头(40字节) BMP位图信息头数据用于说明位图的尺寸等信息。 typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ DWORD biSize; // 本结构所占用字节数(14-17字节) LONG biWidth; // 位图的宽度，以像素为单位(18-21字节) LONG biHeight; // 位图的高度，以像素为单位(22-25字节) WORD biPlanes; // 目标设备的级别，必须为1(26-27字节) WORD biBitCount;// 每个像素所需的位数，必须是1(双色),(28-29字节) // 4(16色)，8(256色)或24(真彩色)之一 DWORD biCompression; // 位图压缩类型，必须是0(不压缩),(30-33字节) // 1(BI_RLE8压缩类型)或2(BI_RLE4压缩类型)之一 DWORD biSizeImage; // 位图的大小，以字节为单位(34-37字节) LONG biXPelsPerMeter; // 位图水平分辨率，每米像素数(38-41字节) LONG biYPelsPerMeter; // 位图垂直分辨率，每米像素数(42-45字节) DWORD biClrUsed;// 位图实际使用的颜色表中的颜色数(46-49字节) DWORD biClrImportant;// 位图显示过程中重要的颜色数(50-53字节) } BITMAPINFOHEADER; 4：颜色表 颜色表用于说明位图中的颜色，它有若干个表项，每一个表项是一个RGBQUAD类型的结构，定义一种颜色。RGBQUAD结构的定义如下: typedef struct tagRGBQUAD { bmpTest.h : 介绍BMP 文件的格式及结构定义 bmpTest.cpp : 24bitBMP 颜色数据到256 色位图颜色数据的转换函数实现，具体算法可参考以前的一个帖子bmpTransfer.cpp : 读入一个24bitBMP 文件，转换成一个256 色BMP 文件的程序 编译完成后得到的程序，如bmpTransfer.exe 执行bmpTransfer file1 file2 file1 是24bit 的BMP 位图源文件名，file2 是新生成的256 色位图文件名 可以用windows 画板程序查看结果，似乎比直接用画板程序将24bitBMP 存成256 色BMP 文件的转换效果要好哦。 /************* bmpTest.h **************/ #ifndef __BMPTEST_H_ #define __BMPTEST_H #include 数字图像处理之灰度化处理程序 BOOL CDib::Blackwhite() { long int DataSizePerLine; DataSizePerLine =(m_pBIH->biWidth * m_pBIH->biBitCount /8+3)/4*4; if( m_pDib == NULL ) return( FALSE ); int temp; if(m_nPaletteEntries != 0) { for (int i=0; i BMP图像格式分析 BMP图像文件格式是微软公司为其Windows环境设置的标准图像格式，而且 Windows系统软件中还同时内含了一系列支持BMP图像处理的API函数，随着Windows 在世界范围内的不断普及，BMP文件格式无疑也已经成为PC机上的流行图像文件格式。它的主要特点可以概括为：文件结构与PCX文件格式类似，每个文件只能存放一幅图像；图像数据是否采用压缩方式存放，取决于文件的大小与格式，即压缩处理成为图像文件的一个选项，用户可以根据需要进行选择。其中，非压缩格式是BMP图像文件所采用的一种通用格式。但是，如果用户确定将BMP文件格式压缩处理，则Windows设计了两种压缩方式：如果图像为16色模式，则采用RLE4压缩方式，若图像为256色模式，则采用RLE8压缩方式。同时，BMP 图像文件格式可以存储单色、16色、256色以及真彩色四种图像数据，，其数据的排列顺序与一般文件不同，它以图像的左下角为起点存储图像，而不是以图像的左上角为起点；而且BMP图像文件格式中还存在另外一个与众不同的特点，即其调色板数据所采用的数据结构中，红、绿、蓝三种基色数据的排列顺序也恰好与其它图像文件格式相反。总之，BMP图像文件格式拥有许多适合于Windows环境的新特色，而且随着Windows版本的不断更新，微软公司也在不断改进其BMP 图像文件格式，例如：当前BMP图像文件版本中允许采用32位颜色表，而且针对32位Windows 的产生，相应的API 函数也在不断地报陈出新，这些无疑都同时促成了BMP文件格式的不断风靡。但由于BMP文件格式只适合于Windows上的应用软件，而对于DOS环境中的各种应用软件则无法提供相应的支持手段，因此这无疑是阻碍BMP文件格式的流通程度超过PCX文件格式的一个重要因素。 Windows中定义了两种位图文件类型，即一般位图文件格式与设备无关位图文件格式。其中，由于设备无关位图(DIB)文件格式具有更强的灵活性与完整的图像数据、压缩方式等定义。BMP图像文件的结构可以分为如下三个部分：文件头、调色板数据以及图像数据。其中文件头的长度为固定值54个字节；调色板数据对所有不超过256色的图像模式都需要进行设置，即使是单色图像模式也不例外，但是对于真彩色图像模式，其对应的BMP文件结构中却不存在相应调色板数据的设置信息；图像数据既可以采用一定的压缩算法进行处理，也可以不必对图像数据进行压缩处理，这不仅与图像文件的大小相关，而且也与对应的图像处理软件是否支持经过压缩处理的BMP图像文件相关。以下将分别介绍BMP图像文件结构中的这三个重要组成部分。特别值得注意的是：BMP 图像文件结构设计得相当简单，这无疑有利于图像文件的处理速度，但是同时也使得 BMP图像文件格式具有一定的局限性，即一个BMP图像文件只能存储一幅图像。 BMP图像文件的文件头定义 Windows中将BMP图像文件的文件头分成两个数据结构，其中一个数据结构中包含BMP文件的类型、大小和打印格式等信息，称为BITMAPFILEHEADERl另外一个数据结构中则包含BMP文件的尺寸定义等信息，称为BITMAPINFOHEADERl 如果图像文件还需要调色板数据，则将其存放在文件头信息之后。 BITMAPFIlEHEADER数据结构在Windows．h中的定义为： typedef struCttagBITMAPFIlEHEADER { WORD bftype； DWORD bfsiZe： WORD bfReservedl； WORD bgReserved2： DWORD bfoffBits： }BITMAPFILEHEADER； 其中，bfrype在图像文件存储空间中的数据地址为0，数据类型为unsignedchar，内容为固定值“BM”，用于标志文件格式，表示该图像文件为BMP文件。 bfsize的数据地址为2，类型为unsignedlong，它以字节为单位，定义位图文件的大小。 bfReservedl与bfReserved2的数据地址分别为6和8，数据类型则都为unsignedint，二者都是BMP文件的保留字，没有任何意义，其值必须为0. bfoffBits的数据地址为10，数据类型为unsignedlong，它以字节为单位，指示图像数据在文件内的起始地址，即图像数 图像灰度化 图像灰度化原理：关于YUV空间的彩色图像，其Y的分量的物理意义本身就是像素点的亮度，由该值反映亮度等级，因此可根据RGB和YUV颜色空间的变化关系建立亮度Y与R、G、B三个颜色分量的对应：Y=0.299R+0.587G+0.114B，以这个亮度值表达图像的灰度值 图像处理结果： 程序代码： char *pmydata; //定义一个指针用来指向位图图像数据在内存中的存储区域 //long wide, high; BITMAP bm; pbmp->GetBitmap(&bm); pmydata=new char[bm.bmWidthBytes*bm.bmHeight]; //根据位图的高度 宽度初始化一下 pbmp->GetBitmapBits(bm.bmWidthBytes*bm.bmHeight,pmydata); //将位 图对象的数据COPY到pmydata指向的区域，m_bm是位图对象，bm是位图结构， 可参考上一篇文章的定义 for(int i=0;i BMP文件结构的探索 BMP文件结构的探索 WhatIf 2004-9-10 一、文件格式 Bmp文件是非常常用的位图文件，无论是游戏还是其他都被广泛使用。针对bmp文件的处理也有一堆现成的api进行调用，然而文件内部究竟怎样，如何自己来解析这样的文件呢？为了消除无聊，我用了几天时间来研究了一下，同时作为学习笔记，进行记录。 首先，整个bmp文件的内容可以分为3到4块。之所以分为3到4块而不是固定的值，是因为，对于bmp来说可能存在调色板或者一些掩码。具体稍候讨论。 第一块是bmp的文件头用于描述整个bmp文件的情况。结构如下：typedef struct BITMAPFILEHEADER { WORD bfType; //两个字节 DWORD bfSize; //四个字节 WORD bfReserved1; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; } BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER; 这些信息相当有用，如果你想直接来解析bmp文件。第一个bfType用于表示文件类型，如果它是bmp文件，那么它这个位置的值一定是”BM”也就是0x4D42。第二个bfSize表示整个文件的字节 数。第三第四个则保留，目前无意义，最后一个相当重要，表示，位图的数据信息离文件头的偏移量，以字节为单位。 第二块是位图信息头，即BITMAPINFOHEADER，用于描述整个位图文件的情况。以下挑重要的数据进行解释 typedef struct BITMAPINFOHEADER{ DWORD biSize; //表示本结构的大小 LONG biWidth; //位图的宽度 LONG biHeight; //位图的高度 WORD biPlanes; //永远为1 ,由于没有用过所以没做研究附msdn解释 //Specifies the number of planes for the target device. This value must be set to 1. WORD biBitCount;//位图的位数分为1 4 8 16 24 32 本文没对1 4 进行研究 DWORD biCompression; //本以为压缩类型，但是却另外有作用，稍候解释 DWORD biSizeImage; //表示位图数据区域的大小以字节为单位 LONG biXPelsPerMeter; LONG biYPelsPerMeter; DWORD biClrUsed; DWORD biClrImportant;bmp文件格式详解
BMP格式结构详解
数字图像的灰度处理简述
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图像处理灰度变换实验
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