图像显示与处理实验报告

图像显示与处理实验报告
班级：信息123班
姓名：杨阳
学号： 201227073
图像显示与处理
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内容的读取（到内存中）；
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、实验内容及步骤
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 Up Table）。

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。

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，就会发现内存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。

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 );
::SetDIBitsToDevice( 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 );
::SetDIBitsToDevice( 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 );
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。

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
-101
-20（中心）2
-101
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。

实验截图：
-1-2-1
00（中心）0
121
.。