《数字图像处理》学习02-BMP位图文件

一，BMP文件组成

[二，使用ultra edit软件查看图像结构](#二，使用ultra edit软件查看图像结构)

[1，ultra edit软件的下载和安装](#1，ultra edit软件的下载和安装)

[2，ultra edit打开图像](#2，ultra edit打开图像)

三，使用matlab显示RGB图像

在之前的文章学习到，计算机只能处理数字图像，因此，这篇文章我接着学习数字图像的位图文件结构。

一，BMP文件组成

BMP文件由四部分组成：

位图文件头

所存的内容如下：

cpp 复制代码

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER
{
 WORD bfType; // 字节 'BM'
 DWORD bfSize; // 文件大小，表示文件的总字节数
 WORD bfReserved; // 保留字，一般设为标准值0
 WORD bfReserved; // 保留字，一般设为标准值0
 DWORD bfOffBits;// 位图数据的起始位置（位图数据距文件头的偏移量）
}BITMAPFILEHEADER;

位图信息头

cpp 复制代码

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER
{
  DWORD biSize; // 本结构大小的字节数 
  LONG biWidth; // 图像的宽，单位为像素点 
  LONG biHeight;// 图像的高，单位为像素点
  WORD biPlanes; // 位平面数，一般设为标准值1即可 
  WORD biBitCount;// 每个像素所需的位数，单色位图一个像素占一位，灰度图和伪彩色图8位，真彩色24位 
  DWORD biCompression; // 位图压缩类型，对于bmp来说，一般不压缩，设为标准值0
  DWORD biSizeImage; // 位图大小，以字节为单位 
  LONG biXPelsPerMeter; // 指定目标设备的水平分辨率。设为标准值0 
  LONG biYPelsPerMeter;// 指定目标设备的垂直分辨率。设为标准值0 
  DWORD biClrUsed; //颜色数。设为标准值0 
  DWORD biClrImportant;// 重要的颜色数。设为标准值0
}BITMAPINFOHEADER;

调色板

cpp 复制代码

typedef struct tagRGBQUAD
{
	BYTE rgbBlue; // 蓝色 
	BYTE rgbGreen; // 绿色 
	BYTE rgbRed;  // 红色 
	BYTE rgbReserved;  // 保留的字节，设为标准值0 
}RGBQUAD;

位图数据

cpp 复制代码

typedef struct tagBITMAPINFO
{
	BITMAPINFOHEEADER bmiHeader;
	RGBQUAD bmicolors[1]; // 颜色表 
}BITMAPINFO;

如果有颜色表的话，数据值就是颜色表的索引号。

小知识：word类型占2个字节，dword（double word）类型占4个字节，long类型占4个字节。

之所以要了解BMP文件的组成结构，不仅是因为在软件开发上，要用这几个变量存储位图数据，而且也是为了能够分析图像的数据。

接下来就开始分析图像的数据。

位图文件常见的格式有：

jpeg（或 jpg）：全称 joint photographic experts group 联合图像专家组
gif：全称 graphics interchange format 图像互换格式

可以看到，gif 格式常用于表情包、视频截取。
bmp：全称 bit map 位图
tiff：全称 tag image format file 标签图像文件格式

二，使用ultra edit软件查看图像结构

在处理图像时，或多或少会用到一个软件：ultra edit。因为ultra edit 软件可以将打开的文件所对应的ASCII码输出，很大程度上有助于分析图像的数据。软件下载及安装如下↓

1，ultra edit软件的下载和安装

对应软件到夸克网盘链接下载：https://pan.quark.cn/s/de62f2f5b1f6

下载之后是个压缩包，

将压缩文件剪切到空间比较大的磁盘（或者是解压到习惯将软件下载的盘符下）并创建一个有"ultra edit"这两个关键字的文件夹名，之后在创建的文件夹里面解压压缩包。

之后两步走：

运行exe可执行文件，没什么注意的，就是软件的安装路径需要需改，以及最后不要勾选任何选项。

之后，使用管理员身份运行bat文件，如果显示如下信息：

html 复制代码

The customized UE directory is F:\APP\UE_27_x64\
 
 
The environment is initialized !
 
已复制         1 个文件。
 
*********************** Step A rps_UE has been done ! ************************
 
 
Item A has been added !
 
 
Item B has been added !
 
*********************** Step B has been done ! ***********************
 
 
 
 
IP1 has been added!
 
IP2 has been added!
 
IP3 has been added!
 
IP4 has been added!
 
IP5 has been added!
 
 
Strategy has been applied !
 
 
*********************** Step C has been done ! ***********************
 
 
 
----------------------- 注册环境成功！请按任意键退出！------------------------

则表示ultra edit软件安装成功。接着打开ultra edit软件并打开图像查看图像数据信息👇

2，ultra edit打开图像

之后就会输出如下信息（图像文件的数据分布情况）↓

可以看到，包含内容的图像文件数据很多，因此，建议用画笔软件新建一张只有一个像素的24位位图（一个像素的位图用ultra edit软件打开只看到文件头部分），打开画笔软件👉

接着鼠标左键点击"文件"→选择"属性"，如右图所示

在弹出的界面里面修改宽和高，都设置为1，表示图像的大小只有1×1。

修改之后保存成24位位图的格式 ↓

最后再用ultra edit软件打开只有一个像素的24位位图，显示的数据如下**↓**

结合之前的位图文件头结构：

前两个字节是字节'BM'（word类型），
后四个字节是整个文件大小（dword类型），
接着后四个字节是保留字，
最后四个字节是偏移量

其中需要注意的有两个地方：

3A 00 00 00：这四个字节是整个文件（或数据区）的大小，由于在 BMP 文件中，数据是以小端格式存储的，因此数据是从低位字节到高位字节排列（低位在前，高位在后），因此需要将"3A 00 00 00"倒过来写，变成"00 00 00 3A "
36 00 00 00：位图数据距文件头的偏移量，和文件大小一样，也是从低位到高位排列（低位在前，高位在后），因此需要将"36 00 00 00"倒过来写，变成"00 00 00 36 "。十六进制数36的十进制数：，因此，位图数据的起始位置是 54 字节（位图数据的偏移量是在第54 字节处）

之后的40个字节就是BITMAPINFOHEADER（位图信息头）的结构：

其中：

28 00 00 00：表示位图信息头结构的长度。

使用了小端存储的方式，数据需要倒过来才是真正的长度，即"00 00 00 28 "，十六进制数28转换成十进制数为，因此位图信息头结构的长度为40，即以下黄线划出的部分都是位图信息头的数据👇
后面的八个字节分别是图像的宽度和高度都是 00 00 00 01，图像大小为：
接着的 01 00 是目标设备平面数，"00 01" 十六进制表示成十进制数为 1，即目标设备平面数为标准值1。
18 00表示图像每个像素所需要的位数，十六进制数"00 18"转换成十进制数为，因此每个像素所需要的位数为24位，对应的图像为真彩色图像（真彩色图像的像素由三个分量红绿蓝组成，每个分量各占8位，例如（204，134，190）就是真彩色图像的一个像素）
接下来的 00 00 00 00 四个字节表示位图的是否压缩，一般设为标准值0，表示不压缩
DWORD biSizeImage：实际的位图数据占用的字节数

十六进制数00 00 00 04 转换成十进制数为
接下来的数据都是标准值0
最后就是真彩色图像的数据区

如果将上面一个像素占24位的真彩色图像另存为一个像素只占8位的图像

对应的数据增多，如下

思考：为什么一个像素占的位数变少了，而数据量却变多了？

答：对于非真彩色图像来说，例如灰度图和索引图，它们都有一个调色板。一个调色板的其中一个单元占4个字节，将图像存储成了256色的位图，256色就占了个字节。因此，一个调色板就占了1024个字节。

三，使用matlab显示RGB图像

如果没有下载matlab软件，请点击如下链接去下载 ↓

matlab软件下载安装及修改项目工作目录_matlab解压密码用于所有压缩文件中-CSDN博客

需要注意的是，读取的图像要放置在代码文件对应的目录下，例如，我的代码文件text1.m所使用的编辑器的工作路径在"D:\myMatlab"下，因此，将图像复制或者是剪切到"D:\myMatlab"目录下：

更方便的方法是添加图像文件夹到编辑器的搜索路径中 ↓

如上操作之后，即使图像和代码文件不在同一个文件夹，编辑器也可以搜索到图像文件。

Matlab 复制代码

% 清空工作区
clear ;
clc; 
close all;
t=imread("lena_color_256.tif");
g=im2gray(t);
set(0,"defaultFigureColor",[0 1 1]);
set(0,"defaultFigurePosition",[100,100,1000,500]);
subplot(121);imshow(t);
subplot(122);imshow(g);

代码注解：

Matlab 复制代码

clear ; %清空工作空间的变量
clc;    %清屏
close all;  % 关闭当前所有图形窗口
t=imread("lena_color_256.tif"); %imread函数读取图像
g=im2gray(t);  %im2gray函数将rgb图像转换成灰度图像
set(0,"defaultFigureColor",[0 1 1]);  %图形窗口的背景颜色（青色）
set(0,"defaultFigurePosition",[100,100,1000,500]); % 图形窗口的位置和大小
subplot(121);imshow(t); % subplot函数用于显示多个图形窗口：121表示总共有一行两列，该图形窗口显示在第一列
%imshow函数显示图像，显示的是读取的rgb图像

其中：

Matlab 复制代码

set(0,"defaultFigureColor",[0 1 1]);  %图形窗口的背景颜色（青色）

图形窗口的背景颜色可以有8个组合 ↓ （将表中的255替换成1就是图形窗口的背景色）

8位伪彩色的颜色索引表

|----|----------|------------|-----------|
| 颜色 | R值（red红） | G值（green绿） | B值（blue蓝） |
| 红 | 255 | 0 | 0 |
| 黄 | 255 | 255 | 0 |
| 紫 | 255 | 0 | 255 |
| 白 | 255 | 255 | 255 |
| 绿 | 0 | 255 | 0 |
| 青 | 0 | 255 | 255 |
| 蓝 | 0 | 0 | 255 |
| 黑 | 0 | 0 | 0 |

我的记忆方法是利用谐音法：

三原色：rgb，红绿蓝，谐音，红绿灯。
从红色开始：红黄紫白，谐音，红花纸白。
蓝色：就只有G值有255值。
从绿色开始：绿青，谐音，滤清。

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