数字图像处理（极简）第三章 BMP文件的读取与显示（docx）

建议先修课程：高等数学（微积分）、线性代数。

参考书目：

1、图像工程（上册）——图像处理（第4版）章毓晋清华大学出版社

链接：/s/1hEMGRUotQFL_RtGap6JaUg

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三 BMP文件的读取与显示

BMP文件是一个非常简单的图像存储格式。学习处理图像时，我们先从最简单的格式入手。处理其它复杂的格式时，往往采用先解压缩再进行后续处理的方法。解压缩后的数据往往与BMP等非压缩格式（通常是，压缩的BMP很少见）相仿。

BMP文件主要应用于Windows平台。因此，继续下面的学习之前，你应当具备一些Windows编程的知识。

BMP文件的结构分为四部分：

【1】文件头。

【2】信息头。

【3】调色板（可选）。

【4】图像数据。

文件头的格式定义在<wingdi.h>中：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {

WORD bfType;

DWORD bfSize;

WORD bfReserved1;

WORD bfReserved2;

DWORD bfOffBits;

} BITMAPFILEHEADER, FAR *LPBITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;

其中

<minwindef.h>：

#define far

#define FAR far

typedef unsigned long DWORD;

typedef unsigned short WORD;

这个结构的长度固定为14字节。各个成员的解释如下：

bfType

指定文件类型，其值为42 4D，即BM。也就是说所有.bmp文件的头两个字节都是“BM”。

bfSize

指定文件大小（包括文件头）。该值为DWORD值，即双字（4字节），因此BMP文件的大小最大为4 GB（232字节）。

bfReserved1，bfReserved2

保留字，这里不考虑。

bfOffBits

为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数。

信息头的格式也定义在<wingdi.h>中：

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{

DWORD biSize;

LONG biWidth;

LONG biHeight;

WORD biPlanes;

WORD biBitCount;

DWORD biCompression;

DWORD biSizeImage;

LONG biXPelsPerMeter;

LONG biYPelsPerMeter;

DWORD biClrUsed;

DWORD biClrImportant;

} BITMAPINFOHEADER, FAR *LPBITMAPINFOHEADER, *PBITMAPINFOHEADER;

其中

<winnt.h>：

typedef long LONG;

这个结构的长度固定为40字节。各个成员的解释如下：

biSize

值为常量40，指定此结构的长度。

biWidth，biHeight

指定图像的宽和高（单位：像素）。

biPlanes

值固定为1，这里不考虑。

biBitCount

指定表示颜色时要用到的位数，取值可以为：1（黑白二色图）、4（16色图）、8（256色）、24（真彩色图）。

biCompression

指定位图是否压缩。Windows位图可以采用压缩格式，但用得不多。我们只讨论不压缩的情况，biCompression为BI_RGB。

<wingdi.h>：

#define BI_RGB 0L

#define BI_RLE8 1L

#define BI_RLE4 2L

#define BI_BITFIELDS 3L

#define BI_JPEG 4L

#define BI_PNG 5L

biSizeImage

在图像为压缩格式时，刻画位图数据的长度。图像未压缩时，此值为零。

biXPelsPerMeter，biYPelsPerMeter

指定目标设备的水平和垂直分辨率。单位：每米的像素个数。

biClrUsed

指定本图像实际用到的颜色数（决定调色板数组元素的个数），如果该值为零，则用到的颜色数为2的biBitCount次方。

一个规范的BMP文件应当只有在真彩色时才将该值置为零。

biClrImportant

指定本图像中重要的颜色数量。该值通常为零，即认为所有的颜色都是重要的。

当图像不是真彩色时，在信息头之后还有调色板。调色板实际上是一个数组，共有biClrUsed个元素（如果该值为零，则有2的biBitCount次方个元素）。数组中每个元素的是一个RGBQUAD结构，占4个字节，其定义位于<wingdi.h>：

typedef struct tagRGBQUAD {

BYTE rgbBlue;

BYTE rgbGreen;

BYTE rgbRed;

BYTE rgbReserved;

} RGBQUAD;

一个标准的256灰度图像，其调色板的第0到255项的前三项rgbBlue、rgbGreen、rgbRed均分别为0到255。后续的位图数据中，每1个字节代表1个像素，索引值正好就是灰度值。

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；对于真彩色图，图像数据就是实际的RGB值。下面就2色、16色、256色位图和真彩色位图分别介绍。

2色位图，用1位就可以表示该像素的颜色（一般0表示黑，1表示白），一个字节可以表示8个像素。

16色位图，用4位可以表示一个像素的颜色，所以一个字节可以表示2个像素。

256色位图，一个字节表示1个像素。

真彩色图，三个字节表示1个像素。

但是每一行的字节数并不简单等于宽度×单个像素占用的空间。BMP格式要求：每一行的字节数必须是4的整数倍。如果不是，则需要在一行的位图数据后补齐。

BMP文件的数据是从下到上，从左到右的。也就是说，从文件中最先读到的是图像最下面一行的左边第一个像素，然后是左边第二个像素……接下来是倒数第二行左边第一个像素，左边第二个像素……依次类推，最后得到的是最上面一行的最右一个像素。

在应用程序的GUI中显示位图，需要用到<wingdi.h>中的Windows API函数StretchDIBits：

StretchDIBits函数将DIB，JPEG或PNG图像中像素矩形的颜色数据复制到指定的目标矩形。如果目标矩形大于源矩形，则此函数会拉伸颜色数据的行和列以适合目标矩形。如果目标矩形小于源矩形，则此函数使用指定的栅格操作压缩行和列。

其语法如下：

int StretchDIBits(

HDC hdc,

int xDest,

int yDest,

int DestWidth,

int DestHeight,

int xSrc,

int ySrc,

int SrcWidth,

int SrcHeight,

const VOID * lpBits,

const BITMAPINFO* lpbmi,

UINT iUsage,

DWORD rop

);

其中

<winnt.h>：

#define VOID void

<minwindef.h>：

typedef unsigned int UINT;

每个参数的解释如下：

hdc

目标设备上下文的句柄。

设备上下文也称设备描述表，是一种Windows数据结构，其中包含有关设备（例如显示器或打印机）的绘图属性的信息。所有绘图调用都通过设备上下文对象进行，该对象封装用于绘制线条、形状和文本的Windows API。设备上下文允许Windows中与设备无关的绘图。设备上下文可用于绘制到屏幕、打印机或元文件（metafile）。

xDest

目标矩形左上角的x坐标（以逻辑单位表示）。

yDest

目标矩形左上角的y坐标（以逻辑单位表示）。

DestWidth

目标矩形的宽度，以逻辑单位为单位。

DestHeight

目标矩形的高度，以逻辑单位为单位。

xSrc

图像中源矩形的x坐标（以像素为单位）。

ySrc

图像中源矩形的y坐标（以像素为单位）。

SrcWidth

图像中源矩形的宽度（以像素为单位）。

SrcHeight

图像中源矩形的高度（以像素为单位）。

lpBits

指向图像位的指针，图像位存储为字节数组。

lpbmi

指向包含有关DIB信息的BITMAPINFO结构的指针。

iUsage

指定是否提供了BITMAPINFO结构的bmiColors成员。如果提供，则指定bmiColors是否包含显式的红色，绿色，蓝色（RGB）值或索引。iUsage参数必须是以下值之一：

DIB_PAL_COLORS

该数组包含进入源设备上下文的逻辑调色板的16位索引。

DIB_RGB_COLORS

颜色表包含文字RGB值。

rop

光栅操作代码，指定如何将源像素，目标设备上下文的当前画笔和目标像素组合在一起以形成新图像。

以MFC（提示：MFC已经被市场淘汰，这里只做演示用。除非维护老项目，否则不应选用MFC。）为例，在视图类（负责前台响应）的OnDraw函数中，使用StretchDIBits显示位图，则每次窗口被重绘时就会显示指定的位图：

void CTestView::OnDraw(CDC* pDC) {

CTESTDoc* pDoc = GetDocument();

ASSERT_VALID(pDoc);

if (!pDoc) return;

// TODO: add draw code for native data hereif (nullptr == lpBitsInfo) return;LPVOID lpBits = (LPVOID)&lpBitsInfo->bmiColors[lpBitsInfo->bmiHeader.biClrUsed];StretchDIBits(pDC->GetSafeHdc(),0, 0, lpBitsInfo->bmiHeader.biWidth, lpBitsInfo->bmiHeader.biHeight,0, 0, lpBitsInfo->bmiHeader.biWidth, lpBitsInfo->bmiHeader.biHeight,lpBits, lpBitsInfo, DIB_RGB_COLORS, SRCCOPY);

}

其中

<minwindef.h>：

typedef void farLPVOID;

<wingdi.h>：

#define DIB_RGB_COLORS 0 /color table in RGBs/

#define DIB_PAL_COLORS 1 /color table in palette indices/

#define SRCCOPY (DWORD)0x00CC0020 /dest = source */

此代码中，原图像与目标显示区域是按照1：1的比例来显示的，无放缩。

lpbmi参数这里为lpBitsInfo，它是一个BITMAPINFO结构的指针，此结构定义于<wingdi.h>：

typedef struct tagBITMAPINFO {

BITMAPINFOHEADER bmiHeader;