基于VB6.0的MICAPS风云二号卫星云图转化实例

摘要 该文通过对 Windows 系统 BMP 位图数据结构和气象信息综合分析处理系统（ MICAPS ）中第十三类数据格式、第十五类数据格式进行分析，采用 VB6.0 编程技术，实现了 MICPAS 中显示的风云二号卫星云图转换为 BMP 位图。

前言 随着风云二号卫星云图越来越广的使用，网站设计、媒体播报、预报制作等等都已开始使用风云二号卫星云图。 MICPAS 系统中，虽然以很简单、直观的方式显示了红外、水汽等云物理信息，但是脱离了 MICPAS 系统后，如何在 Windows 环境中再现云图呢？使之广泛的使用，已成为预报员不得不面对的一个重要问题。就当前的研究趋势来看，绝大多数关于图像处理的研究，多基于 VC++ 和 Delphi ，而广大预报员使用最多的 VB6.0 编程技术，相应的研究很少，本文虽主要介绍 MICAPS 的云图转换，但触类旁通，对于定制 BMP 位图，也有一定的指示。

一、          BMP 位图的 DIB 的结构
在 Windows 3.0 以前， Windows 系统用的是 DDB （ Device Dependent Bitmap 设备有关位图）， DDB 没有调色板，显示的颜色依赖硬件，处理色彩很不方便。从 Windows 3.0 以后重新定义了 BMP 文件格式，使其支持设备无关位图，以保证用某个应用程序创建的位图图形可以被其它应用程序装载或显示一样，也就是 DIB （ Device Independent Bitmap ）。其结构主要由以下几个部分构成：（ 1 ） BITMAPFILEHEADER ： BMP 文件头；（ 2 ） DIB BITMAPINFOHEADER ： BMP 位图文件信息头；（ 3 ） RGBQUAD[] ： BMP 位图的调色板；（ 4 ）位图数据块。

二、          BMP 位图的数据结构
BMP 文件，为了节省存储空间，同时为了调用快捷，采用的是二进制存储方式，因此使用文本文件打开 BMP 格式，只能看到乱码。采用 UltraEdit （ UE ）打开文件，就能对 BMP 的数据结构进行分析。

                        图 1   使用 UE 打开任意位图的开始 5 行数据 如图 1 所示，画红线部分为位图文件头，画绿线部分为位图文件信息头，画黄线部分为位图调色板。
位图文件头共分为 4 个部分，第一个部分“ 42 4D ”表示“ BM ”两字，占用 2 个字节，为 BYTE 型。所有的位图都必须是以此开头；第二个部分“ 00 07 57 36 ”表示该位图文件的大小，为 LONG 型，占用 4 个字节。需注意的是该大小指的是实际大小，而不是文件占用空间的大小，从文件的属性里，可以查看到文件大实际大小，必须和这里是一致；第三个部分为两个保留字，均为 INT 型，共占用 4 个字节。目前为止，保留字必须为 0 ；第四个部分，“ 00 00 04 36 ”为位图数据距离文件头的偏移字节数，为 LONG 型，占用 4 个字节，对于 256 色的位图来说，这个部分都为 1078 （ 10 进制）。总计上述的部分，位图文件头总共占用字节数为 14 个。
位图文件信息头分为 11 个部分，第一个部分“ 00 00 00 28 ”为位图文件信息头的大小，为 LONG 型，占用 4 个字节；第二个部分“ 00 00 03 20 ”为位图的高度，单位为像素，数据为 LONG 型，占用 4 个字节；第三个部分为“ 00 00 02 58 ”为位图的宽度，单位是像素，数据为 LONG 型，占用 4 个字节；第四个部分“ 00 01 ”为设备的位平面数，现在都是 1 。数据为 INT 型，占用 2 个字节；第五个部分“ 00 08 ”为图像的颜色位数，数据为 INT 型，占用 2 个字节。 1 表示单色位图、 4 表示 16 色位图、 8 表示 256 色位图、 24 表示真彩色位图、 32 表示 32 位位图，默认情况下 Windows 不会处理最高 8 位的数据，多余位数将它作为 Alpha 通道；第六个部分“ 00 00 00 00 ”为图像的压缩方式，为 LONG 型，占用 4 个字节。 BI_RGB 表示无压缩， BI_RLE8 表示行程编码压缩，目前为止，对于位图的压缩很少使用，因此采用默认的 0 ；第七个部分“ 00 07 53 00 ”为实际的位图数据所占字节数，为 LONG 型，占用 4 个字节。需要注意的是，该大小不包括位图文件头的大小和位图文件信息头的大小，就为实际的位图数据块的大小，运算方式很简单，如果一个位图的分辨率为 800 *600 ，那么这部分的大小就为 480000 ；第八个部分“ 00 00 2E 23 ”和第九个部分“ 00 00 2E 23 ”分别表示位图的水平分辨率和垂直分辨率，即每米的像素，均为 LONG 型，占用 4 个字节。对于定制位图，因为不知道分辨率，可以将这两项设置为默认的 0 ；第十个部分“ 00 00 00 00 ”表示位图实际使用的颜色表中的颜色数，为 LONG 型，占用 4 个字节。该项只有当位图的颜色为 1 、 4 、 8 的时候才有效，如果该项为 0 ，表示颜色数为 2^ 位图颜色，也就是说当位图颜色为 8 的时候，位图实际使用的颜色表中的颜色数就为 2^8=256 色；第十一个部分“ 00 00 00 00 ”表示重要的颜色数，为 LONG 型，占用 4 个字节。如果该项为 0 ，表示所有的颜色都是重要的。总计上述的部分，位图文件信息头总共占用字节数为 40 个。
位图调色板数据，实际上是一个数组，该数组的大小是由位图的颜色位数和位图实际使用的颜色表中的颜色数所决定的。对于位图文件，只有当位图颜色位数为 1 、 4 、 8 的时候才有调色板，因此它们对应的调色板数组的元素个数分别是 2 、 16 、 256 。
在图 1 里，由于篇幅的限制，没有列出位图数据块的数据结构。对于位图文件来说，一行的图像数据叫做一个扫描行，一个扫描行的长度必须是 4 的倍数（字节），如果不是，则需要补齐。通常情况下 DIB 的扫描行是逆序存储的（相对于屏幕坐标系而言），即屏幕上的第一行是 DIB 位图数据的最后一行。对于常用的 256 色位图来说，它用 8 个字节表示一个像素的颜色索引，当位图显示时，根据当前索引值返回到位图的调色板中确定该像素的颜色；而对于真彩色图象来说，由于位图文件中没有调色板信息，就直接用 24 个字节表示一个像素的颜色，每个字节表示一种基色，也就是 R 、 G 、 B 分量中的一个值，需要注意的是，真彩色位图文件中三个字节的排列顺序是 BGR ，而不是传统的 RGB 。对于 32 位真彩色，是用 32 个字节表示一个像素颜色，类似于 24 位真彩，只是在每个 BGR 后加入了 Alpha 通道，用于透明度的调节。

三、          MICAPS 数据格式分析

1、              MICAPS 第十三类数据格式
此格式规定了风云二号卫星云图在 MICAPS 系统中的文件存储格式。该文件的头 128 个字节用于存储云图的基本信息，包含了时间、类型、日期、长度、宽度等信息。在 128 个字节后的数据格式以二进制文件方式存储，存放的是每个像素点的灰度，灰度为 256 级，每个像素点占用 1 个字节，先沿 Z 方向后 Y 方向，刚好和位图数据块存储方式相同。也就是说，这里的 256 级灰度，相当于位图里每个颜色的索引。例如 2008 年 20 月 25 日 FY2C 红外云图数据格式：
diamond 13              8 年 10 月 25 日 2 时 FY2C 红外云图     8 10 25  2  512  512   86.59   -0.64 1 1.01 1      ir.dat   11000    3000 以下是二进制文件存储方式存放的 256 级灰度值。

2、              MICPAS 第十五类数据格式
此格式规定了 MICAPS 系统中调色板数据格式。文件头为： diamond 15 数据说明（字符串）。数据为：先序号，后为 RGB 分量（均为整数）。不同的序号的颜色用于不同的图形图像，对于云图来说，用到的是 2-255 号。当然， 0-1 背景色和传真图颜色也要用到。
例如卫星云图第四种调色板文件数据格式：
diamond 15 colorma
0   53295   61710   65535
1   0   0   0
2  2570  13107  2570
3  2570  13107  2570
4  2570  13107  2570
……

四、          VB6.0 编程

1、 数据声明：在了解了位图的数据结构后，对应相应的数据，进行声明。
首先定义 BMP 文件头（ BITMAPFILEHEADER ）。
Type BITMAPFILEHEADER  ‘用户自定义文件头类型
      bfType(0 to 1) As Byte  ‘BYTE数组，用于存放“BM”两个字，                                                              ‘需要化为ASCII码
    　bfSize As Long  ‘位图文件大小，包括了BITMAPFILEHEADER
‘和BITMAPINFOHEADER的长度
　    bfReserved1 As Integer  ‘保留字必须为0
    　bfReserved2 As Integer  ‘保留字必须为0
　    bfOffBits As Long  ‘位图数据距离文件头的偏移字节数
End Type
其次定义 BMP 文件信息头（ BITMAPINFOHEADER ）
Type BITMAPINFOHEADER   ‘ 用户自定义文件头类型
      biSize As Long   ‘BITMAPINFOHEADER 的大小
      biWidth As Long   ‘ 位图的宽度
　biHeight As Long   ‘ 位图的高度
　biPlanes As Integer   ‘ 设备平面数，现在都是 1
　    biBitCount As Integer   ‘ 位图的颜色位数
　biCompression As Long  ‘位图的压缩方式
　biSizeImage As Long  ‘位图数据块占用字节数
　biXPelsPerMeter As Long  ‘目标设备的水平分辨率
　biYPelsPerMeter As Long  ‘目标设备的垂直分辨率
　biClrUsed As Long  ‘示使用的颜色数
　biClrImportant As Long  ‘重要的颜色数
End Type
再次设置BMP调色板（RGBQUAD）
Type RGBQUAD   ‘ 用户自定义文件头类型
　rgbBlue As Byte   ‘ 蓝色分量
　rgbGreen As Byte   ‘ 绿色分量
　rgbRed As Byte   ‘ 红色分量
　rgbReserved As Byte   ‘ 保留位，为 0
End Type
最后，将 BITMAPINFOHEADER 和RGBQUAD合并在一起，就成了BITMAPINFO结构，这个结构使编写程序更加清晰。
Type BITMAPINFO   ‘ 用户自定义文件头类型
　bmiHeader As BITMAPINFOHEADER   ‘ 定义为位图文件信息头类型
　bmiColors(0 To 255) As RGBQUAD   ‘ 定义为 256 位数组，为 BYTE 型
End Type
以 上的定义里，程序里需要计算的也就只有bfSize和biSizeImage项。因为对于256色的位图来说，bfOffBits 和biSize都是规定好大小的，bfOffBits为14（BMP文件头字节数）+40（BMP文件信息头字节数）+1024（BMP颜色表字节 数）=1078个字节，biSize为40个字节，而其他的定义在数据结构分析里已做了说明。

2、读取MICAPS调色板
Private MySerial As Integer   ‘ 定义为 MICAPS 颜色序号
Private MicapsBlue(255) As Long   ‘ 定义为 MICAPS 蓝色分量
Private MicapsGreen(255) As Long   ‘ 定义为 MICAPS 绿色分量
Private MicapsRed(255) As Long   ‘ 定义为 MICAPS 红色分量
通过VB的内存块拷贝函数，可以高速度的将MICAPS调色板信息赋值到RGBQUAD。具体指定如下：
CopyMemory FY2Map.bmiColors(I).rgbBlue, MicapsBlue(I), 1

3、写BMP文件
以写二进制文件的方式（For Binary）,将BMP文件头、BMP文件信息头、BMP
调色板顺序写入（Put），然后，以二进制文件方式，将卫星云图资料读取后（Get），顺序写入，即可得到转化后的风云卫星BMP图片。转化后的卫星云图，如图2所示。



图2  使用Windows自带的图片和传真查看器查看卫星云图
五、    结束语
本文通过分析BMP和MICAPS系统中的相关数据结构，运用VB6.0编程工具，实现了对MICAPS内的卫星云图批量转化为BMP格式的程序。同时，通过这种方式，也可以完成其他相关的图像类数据的转换和进行BMP文件定制。在本文，使用 UltraEdit （ UE ）来进行数据分析，这对其他二进制文件也是适用的。另外，使用内存块的操作（CopyMemory），提升了程序的速度，为今后二进制文件操作提供了新的思路。

参考文献：
[1]中国气象局重点工程办公室9210工程项目组 .MICAPS系统管理员手册。
[2]David F.Rogers等，计算机图形学算法基础，机械工业出版社，2002.1，第一版。