bmp 图片格式读入 cv::Mat 的 C++ 实现
目录
- Ⅰ、常见图片格式概述
- Ⅱ、bmp 格式介绍
- Ⅲ、bmp 图片读入 Mat 并显示
- 3-1. 图片准备
- 3-2. 头文件 BmpFormat.h 对 bmp 位图四个结构的定义：
- 3-3. 读入 opencv 的 Mat 中并显示
- 3-4. 结果分析
- (1). 24 位 bmp 结果：
- (2). 16 色 bmp 结果：
- 参考文章
Ⅰ、常见图片格式概述
常见的图片格式：bmp，jpeg，png，gif，tiff
- bmp(BitMap)：可以压缩，但绝大多数情况下未经压缩存储原彩图片，是 windows 平台特有的图片格式
- jpeg、png：压缩图片格式，其中 jpeg(Joint Photographic Experts Group) 采用有损压缩，将不易被人眼察觉的图像颜色删除，从而达到较大的压缩比（可达到 2:1 甚至 40:1），因为 jpeg 格式的文件尺寸较小，下载速度快,所以是互联网上最广泛使用的格式；png 无损压缩，适合矢量图和几何图片的存储，支持图像透明，可以利用 Alpha 通道调节图像的透明度。二者相比 jpeg 在图片压缩方面有巨大优势，但采用有损压缩，图片质量有损失。一般截屏用 png 格式不但比 jpeg 质量高且文件还更小；防锯齿方面 png 非常有优势。
- gif(Graphics Interchange Format)：不仅可以是一张静止的图片，也可以是动画，并且支持透明背景图像，适用于多种操作系统，“体型”很小，网上很多小动画都是 gif 格式，但是其色域不太广，只支持 256 种颜色
- tiff(Tagged Image File Format)：可以支持 RGB、CMYK 等多种色彩模式，adobeRGB、proPhoto RGB 等多种色彩空间，8位、16位、32位等各种色彩深度，甚至也能保留图层和 alpha 通道。更重要的是，大部分的第三方软件、打印机，都能支持TIFF格式，适合专业领域图片存储。
Ⅱ、bmp 格式介绍
- BMP文件结构1
- BMP位图与调色板分析2
- BMP图像结构3
Ⅲ、bmp 图片读入 Mat 并显示
3-1. 图片准备
搜索并下载一张滑稽，用 windows 自带的画图软件打开，然后另存为某种 bmp 格式（如下图），这里代码实现了 24位 bmp 和 16色 bmp 格式图片的读取。
3-2. 头文件 BmpFormat.h 对 bmp 位图四个结构的定义：
#ifndef BMPFORMAT_H
#define BMPFORMAT_H
typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned short WORD;
typedef unsigned int DWORD;
typedef long LONG;
/* 1. 位图文件头 */
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER
{
//WORD bfType; // windows中为 BM (0x4d42)
DWORD bfSize; // 文件大小
WORD bfReserved1; // 保留，设置为 0
WORD bfReserved2; // 保留，设置为 0
DWORD bfOffBits; // 实际图像数据的偏移量
}BITMAPFILEHEADER;
/* 2. 位图信息头 */
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER
{
DWORD biSize; // 该结构所占字节数，windows下为 40
LONG biWidth; // 图像宽度
LONG biHeight; // 图像高度
WORD biPlanes; // 位面数，1
WORD biBitCount; // 单像素位数
DWORD biCompression; // 压缩说明
DWORD biSizeImage; // 图像大小，如无压缩，可设置为 0
LONG biXPelsPerMerer;// 水平分辨率
LONG biYPelsPerMerer;// 垂直分辨率
DWORD biClrUsed; // 位图使用的颜色数, 0 表示使用了全部颜色
DWORD biClrImportant; // 重要颜色数目
}BITMAPINFOHEADER;
/* 3. 调色板 */
typedef struct tagRGBQUAD
{
BYTE rgbBlue; // 指定蓝色强度
BYTE rgbGreen; // 指定绿色强度
BYTE rgbRed; // 指定红色强度
BYTE rgbReserved; // 保留，设为 0
}RGBQUAD;
/* 4. 位图数据
* 扫描行由低向上存储，第一字节为左下角像素，最后一个字节为右上角像素
*/
#endif
这里注意将第一部分图片文件头结构体中 bfType 单独拎出来，是处于结构体需要对齐的考虑，并且注意读取时是按字节读取，且 pc 采用小端头存储，所以 bfType 读取出来后是 MB，而在一个字节内部，读取出来的顺序就是存储时的顺序，即高位对应前面的数据，低位对应后面的数据，这里在读取 16色 bmp 图片时有体现。
3-3. 读入 opencv 的 Mat 中并显示
#include 注意，opencv 和 bmp 图片的通道顺序都是反序，即 BGR。
3-4. 结果分析
(1). 24 位 bmp 结果：
因为是真彩色图片，这里文件头偏移固定为 54 字节，因为没有调色板，两个保留字为 0，总大小的计算为： 50 4 2 × 3 + 54 = 762102 504^{2}\times 3 + 54=762102 5042×3+54=762102，位面数固定为 1，压缩说明为 0，指未压缩，图像大小在无压缩情况下也为 0，位图使用的颜色数为 0，指所有颜色都有用到，共 2 24 2^{24} 224 种，重要颜色数为 0，表示都重要。
(2). 16 色 bmp 结果：
Alpha 是保留字节，设置为 0，总头部偏移： 54 + 4 × 16 = 118 54+4\times 16=118 54+4×16=118，图像大小： 252 × 504 × = 127008 252\times 504 \times =127008 252×504×=127008，这里因为只有 16 色，故一个字节刚好可以存储两个索引，如果是 256 色，则一个字节只能存储一个索引。
关于使用调色板的图片压缩，可以参考bmp图像压缩算法详细解析4。
参考文章
BMP文件结构 ↩︎
BMP位图与调色板分析 ↩︎
BMP图像结构 ↩︎
bmp图像压缩算法详细解析 ↩︎