多媒体技术实验3图像显示与处理

多媒体实验3--数字图像处理

实验三图像显示与处理（2学时）

一、实验目的

1、掌握BMP文件格式，熟悉各参数和图像数据的存放方式；

2、通过编程实现对图像容的读取（到存中）；

3、完成图像的显示，掌握设备环境上下文（DC）的使用方式。

4、对图像进行二值化、求边缘、增强等简单处理。

二、实验仪器设备、工具及材料

设备：多媒体计算机。

软件：Visual Studio 6.0及以上版本。

材料：灰度图像，24位真彩色图像（均为非压缩BMP格式）等。

三、实验知识准备

1、BMP文件格式

BMP是Bitmap（位图）的简写，是Windows操作系统中的标准图像文件格式。Windows 3.0以前的BMP图文件格式与显示设备有关，称为设备相关位图DDB文件格式。Windows 3.0以后的BMP图象文件与显示设备无关，因此称为设备无关位图DIB（device-independent bitmap）格式。

BMP文件由4部分组成：位图文件头（BITMAPFILEHEADER）、位图信息头（BITMAPINFOHEADER）、彩色表（RGBQUAD）和图像数据阵列。对应的数据结构定义如下（来自MSDN）。

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {

WORD bfType; // file type, must be BM

DWORD bfSize; // size (bytes) of the bitmap file

WORD bfReserved1;

WORD bfReserved2;

DWORD bfOffBits; // offset (bytes) from this structure to the bitmap bits

} BITMAPFILEHEADER;

typedef struct tagBITMAPINFO {

BITMAPINFOHEADER bmiHeader;

RGBQUAD bmiColors[1];

} BITMAPINFO, *PBITMAPINFO;

typedef struct tagRGBQUAD {

BYTE rgbBlue; BYTE rgbGreen;

BYTE rgbRed; BYTE rgbReserved;

} RGBQUAD;

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER

{

DWORD biSize; // bytes required by the structure

LONG biWidth; LONG biHeight;

WORD biPlanes; // number of planes, must be 1

WORD biBitCount; // number of bits-per-pixel

DWORD biCompression; // BI_RGB: uncompressed

DWORD biSizeImage; // size(bytes) of image, set to 0 for BI_RGB bitmaps LONG biXPelsPerMeter; // horizontal resolution

LONG biYPelsPerMeter; // vertical resolution

DWORD biClrUsed;

DWORD biClrImportant;

} BITMAPINFOHEADER;

自然界所有颜色都可由红、绿、蓝（R，G，B）组合而成。R/G/B各自分成256级，这种分级概念称为量化，这样就能表示256×256×256约1600万种颜色，这对于人眼来说已经足够丰富了。对于颜色数远远少于1600万种的彩色图，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。这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 Up T able）。

用R、G、B颜色表示所有的颜色叫做真彩色图（true color）。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。真彩色图又叫做24位色图。在Windows下，RGB颜色阵列存储的格式其实BGR。而32位的RGB位图像素数据格式是：蓝色B值、绿色G值、红色R值、透明通道A值。透明通道也称Alpha通道，该值是该像素点的透明属性，取值在0（全透明）到255（不透明）之间。

Step 1.1

2、BMP文件加载

加载文件的目的是要得到图片属性及RGB数据，以便将其绘制在DC上。

首先，加载文件头：

BITMAPFILEHEADER header;

file.read((char*)&header,sizeof(header));

然后，加载位图信息头：

BITMAPINFOHEADER infoheader;

file.read((char*)&infoheader,sizeof(infoheader));

这里我们得到了3各重要的图形属性：宽，高，以及每个像素颜色所占用的位数。

接着，要考虑行对齐：

由于Windows在进行行扫描的时候最小的单位为4个字节，所以当图片宽width乘以每个像素的字节数不是4的整数倍时，要在每行的后面补0。需要通过下面的方法计算正确的数据长度：

m_dwBytesPerLine = (((m_pBmpInfoHead->biWidth) + 3) >> 2) << 2; // 灰度

m_dwBytesPerLine = (((m_pBmpInfoHead->biWidth*3) + 3) >> 2) << 2; // 24位真彩

m_iImageDataSize = m_dwBytesPerLine * m_pBmpInfoHead->biHeight;

最后，加载图片数据：

对于24位和32位的位图文件，位图数据的偏移量为

sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER）

也就是说现在可以直接读取图像数据了。

m_pImageData = new unsigned char[m_iImageDataSize];

file.read((char*) m_pPixelData, m_iImageDataSize );

如果你足够细心，就会发现存m_pPixelData里的数据的确是BGR格式，可以用个纯蓝色或者是纯红色的图片测试一下。

Step 1.2

3、BMP文件显示

下面是一段GDI绘制代码（一般可在OnDraw函数中实现），仅作参考。

对于有调色板的图像：

CPalette * pOldPal = pDC->SelectPalette( m_pPal, 1 );

::SetStretchBltMode( pDC->m_hDC, COLORONCOLOR );

::SetDIBitsT oDevice( pDC->m_hDC, 0, 0, m_pBmpInfoHead->biWidth,

m_pBmpInfoHead->biHeight, 0, 0, 0, m_pBmpInfoHead->biHeight,

m_pPixelData, (LPBITMAPINFO)m_pBmpInfoHead, DIB_RGB_COLORS );

pDC->SelectPalette( pOldPal, 1 );

如果没有调色板：

::SetStretchBltMode( pDC->m_hDC, COLORONCOLOR );

::SetDIBitsT oDevice( pDC->m_hDC, 0, 0, m_pBmpInfoHead->biWidth,

m_pBmpInfoHead->biHeight, 0, 0, 0, m_pBmpInfoHead->biHeight,

m_pPixelData, (LPBITMAPINFO)m_pBmpInfoHead, DIB_RGB_COLORS );

更多关于BMP文件的细节，请参考：baike.baidu./view/189487.htm。

4、图像处理

此处，我们仅对灰度图像进行简单的处理，可以在二值化、求边缘和图像增强之中选择一到两个进行尝试。

二值化：

设定一个阈值（比如128），逐一检查每个像素的值，大于等于这个值的像素被设为255，小于这个阈值的像素被设为0。就会出现一个二值化的结果。

Step 1.3

求边缘：

简单的求边缘算法是对图像中每个像素（最边缘的像素可不考虑）进行二维卷积运算，可以采用Sobel算子进行尝试。Sobel算子有两个，分别可以计算水平方向和垂直方向的边

-1 0 1

-2 0（中心） 2

-1 0 1

图像像素灰度一般会集中在某个区域，导致视觉分辨率低下。为此，可以考虑对该段区域进行拉伸。比如，按照如下曲线（或折线）的映射关系，类似于非均匀采样，将某段的量化精度提高。

四、实验容和步骤

1、实现对BMP文件的读取，至少要实现8位、24位两种情况。

-1 -2 -1

0 0（中心）0

1 2 1

2、实现图像的显示，至少要实现8位、24位两种情况。

3、对于8位灰度图像，进行简单的图像处理，得到对应的结果。实验结果

五、思考题