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; // 整个位图文件的大小，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; // 位图数据部分的大小，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;
}