图像编程学习笔记1——bmp文件结构处理与显示

文本内容转载自《数字图像处理编程入门》，代码为自己实现
 
1.1图和调色板的概念
 
如今Windows(3.x以及95，98，NT)系列已经成为绝大多数用户使用的操作系统，它比DOS成功的一个重要因素是它可视化的漂亮界面。那么Windows是如何显示图象的呢？这就要谈到位图(bitmap)。
 
我们知道，普通的显示器屏幕是由许许多多点构成的，我们称之为象素。显示时采用扫描的方法：电子枪每次从左到右扫描一行，为每个象素着色，然后从上到下这样扫描若干行，就扫过了一屏。为了防止闪烁，每秒要重复上述过程几十次。例如我们常说的屏幕分辨率为640×480，刷新频率为70Hz，意思是说每行要扫描640个象素，一共有480行，每秒重复扫描屏幕70次。www.zzzyk.com
 
我们称这种显示器为位映象设备。所谓位映象，就是指一个二维的象素矩阵，而位图就是采用位映象方法显示和存储的图象。举个例子，图1.1是一幅普通的黑白位图，图1.2是被放大后的图，图中每个方格代表了一个象素。我们可以看到：整个骷髅就是由这样一些黑点和白点组成的。
 
                                                                                                                       
                   
 
 
1.1    骷髅                                                                            图1.2     放大后的骷髅位图
 
 
那么，彩色图是怎么回事呢？
 
我们先来说说三元色RGB概念。
 
我们知道，自然界中的所有颜色都可以由红、绿、蓝(R，G，B)组合而成。有的颜色含有红色成分多一些，如深红；有的含有红色成分少一些，如浅红。针对含有红色成分的多少，可以分成0到255共256个等级，0级表示不含红色成分；255级表示含有100%的红色成分。同样，绿色和蓝色也被分成256级。这种分级概念称为量化。
 
这样，根据红、绿、蓝各种不同的组合我们就能表示出256×256×256，约1600万种颜色。这么多颜色对于我们人眼来说已经足够丰富了。
 
表1.1     常见颜色的RGB组合值
 
颜色
 R
 G
 B
 
红
 255
 0
 0
 
蓝
 0
 255
 0
 
绿
 0
 0
 255
 
黄
 255
 255
 0
 
紫
 255
 0
 255
 
青
 0
 255
 255
 
白
 255
 255
 255
 
黑
 0
 0
 0
 
灰
 128
 128
 128
 
 
你大概已经明白了，当一幅图中每个象素赋予不同的RGB值时，能呈现出五彩缤纷的颜色了，这样就形成了彩色图。的确是这样的，但实际上的做法还有些差别。
 
让我们来看看下面的例子。
 
有一个长宽各为200个象素，颜色数为16色的彩色图，每一个象素都用R、G、B三个分量表示。因为每个分量有256个级别，要用8位(bit)，即一个字节(byte)来表示，所以每个象素需要用3个字节。整个图象要用200×200×3，约120k字节，可不是一个小数目呀！如果我们用下面的方法，就能省的多。
 
因为是一个16色图，也就是说这幅图中最多只有16种颜色，我们可以用一个表：表中的每一行记录一种颜色的R、G、B值。这样当我们表示一个象素的颜色时，只需要指出该颜色是在第几行，即该颜色在表中的索引值。举个例子，如果表的第0行为255，0，0(红色)，那么当某个象素为红色时，只需要标明0即可。
 
让我们再来计算一下：16种状态可以用4位(bit)表示，所以一个象素要用半个字节。整个图象要用200×200×0.5，约20k字节，再加上表占用的字节为3×16=48字节.整个占用的字节数约为前面的1/6，省很多吧？
 
这张R、G、B的表，就是我们常说的调色板(Palette)，另一种叫法是颜色查找表LUT(Look UpTable)，似乎更确切一些。Windows位图中便用到了调色板技术。其实不光是Windows位图，许多图象文件格式如pcx、tif、gif等都用到了。所以很好地掌握调色板的概念是十分有用的。
 
有一种图，它的颜色数高达256×256×256种，也就是说包含我们上述提到的R、G、B颜色表示方法中所有的颜色，这种图叫做真彩色图(true color)。真彩色图并不是说一幅图包含了所有的颜色，而是说它具有显示所有颜色的能力，即最多可以包含所有的颜色。表示真彩色图时，每个象素直接用R、G、B三个分量字节表示，而不采用调色板技术。原因很明显：如果用调色板，表示一个象素也要用24位，这是因为每种颜色的索引要用24位(因为总共有224种颜色，即调色板有224行)，和直接用R，G，B三个分量表示用的字节数一样，不但没有任何便宜，还要加上一个256×256×256×3个字节的大调色板。所以真彩色图直接用R、G、B三个分量表示，它又叫做24位色图。
 
1.2 bmp文件格式
 
介绍完位图和调色板的概念，下面就让我们来看一看Windows的位图文件(.bmp文件)的格式是什么样子的。
 
bmp文件大体上分成四个部分，如图1.3所示。
 
位图文件头BITMAPFILEHEADER
 
位图信息头BITMAPINFOHEADER
 
调色板Palette
 
实际的位图数据ImageDate
 
 
图1.3     Windows位图文件结构示意图
 
第一部分为位图文件头BITMAPFILEHEADER，是一个结构，其定义如下：
 
typedefstruct tagBITMAPFILEHEADER {
 
WORD          bfType; 
 
DWORD bfSize;
 
WORD          bfReserved1; 
 
WORD          bfReserved2; 
 
DWORDbfOffBits; 
 
}BITMAPFILEHEADER; 
 
这个结构的长度是固定的，为14个字节(WORD为无符号16位整数，DWORD为无符号32位整数)，各个域的说明如下：
 
bfType
 
指定文件类型，必须是0x424D，即字符串“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，包括这14个字节。
 
bfReserved1，bfReserved2     
 
为保留字，不用考虑
 
bfOffBits
 
为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数，即图1.3中前三个部分的长度之和。
 
第二部分为位图信息头BITMAPINFOHEADER，也是一个结构，其定义如下：
 
typedefstruct tagBITMAPINFOHEADER{
 
DWORD biSize; 
 
LONG           biWidth; 
 
LONG           biHeight; 
 
WORD          biPlanes; 
 
WORD          biBitCount 
 
DWORD biCompression; 
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补充：软件开发 , Vc ,