文字內容轉載自《數字影象處理程式設計入門》，程式碼為自己實現

1.1圖和調色盤的概念

如今Windows(3.x以及95，98，NT)系列已經成為絕大多數使用者使用的作業系統，它比DOS成功的一個重要因素是它視覺化的漂亮介面。那麼Windows是如何顯示圖象的呢？這就要談到點陣圖(bitmap)。

我們知道，普通的顯示器螢幕是由許許多多點構成的，我們稱之為象素。顯示時採用掃描的方法：電子槍每次從左到右掃描一行，為每個象素著色，然後從上到下這樣掃描若干行，就掃過了一屏。為了防止閃爍，每秒要重複上述過程幾十次。例如我們常說的螢幕解析度為640×480，重新整理頻率為70Hz，意思是說每行要掃描640個象素，一共有480行，每秒重複掃描螢幕70次。

我們稱這種顯示器為位映象裝置。所謂位映象，就是指一個二維的象素矩陣，而點陣圖就是採用位映象方法顯示和儲存的圖象。舉個例子，圖1.1是一幅普通的黑白點陣圖，圖1.2是被放大後的圖，圖中每個方格代表了一個象素。我們可以看到：整個骷髏就是由這樣一些黑點和白點組成的。

1.1    骷髏                                                                            圖1.2     放大後的骷髏點陣圖

那麼，彩色圖是怎麼回事呢？

我們先來說說三元色RGB概念。

我們知道，自然界中的所有顏色都可以由紅、綠、藍(R，G，B)組合而成。有的顏色含有紅色成分多一些，如深紅；有的含有紅色成分少一些，如淺紅。針對含有紅色成分的多少，可以分成0到255共256個等級，0級表示不含紅色成分；255級表示含有100%的紅色成分。同樣，綠色和藍色也被分成256級。這種分級概念稱為量化。

這樣，根據紅、綠、藍各種不同的組合我們就能表示出256×256×256，約1600萬種顏色。這麼多顏色對於我們人眼來說已經足夠豐富了。

表1.1     常見顏色的RGB組合值

你大概已經明白了，當一幅圖中每個象素賦予不同的RGB值時，能呈現出五彩繽紛的顏色了，這樣就形成了彩色圖。的確是這樣的，但實際上的做法還有些差別。

讓我們來看看下面的例子。

有一個長寬各為200個象素，顏色數為16色的彩色圖，每一個象素都用R、G、B三個分量表示。因為每個分量有256個級別，要用8位(bit)，即一個位元組(byte)來表示，所以每個象素需要用3個位元組。整個圖象要用200×200×3，約120k位元組，可不是一個小數目呀！如果我們用下面的方法，就能省的多。

因為是一個16色圖，也就是說這幅圖中最多隻有16種顏色，我們可以用一個表：表中的每一行記錄一種顏色的R、G、B值。這樣當我們表示一個象素的顏色時，只需要指出該顏色是在第幾行，即該顏色在表中的索引值。舉個例子，如果表的第0行為255，0，0(紅色)，那麼當某個象素為紅色時，只需要標明0即可。

讓我們再來計算一下：16種狀態可以用4位(bit)表示，所以一個象素要用半個位元組。整個圖象要用200×200×0.5，約20k位元組，再加上表佔用的位元組為3×16=48位元組.整個佔用的位元組數約為前面的1/6，省很多吧？

這張R、G、B的表，就是我們常說的調色盤(Palette)，另一種叫法是顏色查詢表LUT(Look UpTable)，似乎更確切一些。Windows點陣圖中便用到了調色盤技術。其實不光是Windows點陣圖，許多圖象檔案格式如pcx、tif、gif等都用到了。所以很好地掌握調色盤的概念是十分有用的。

有一種圖，它的顏色數高達256×256×256種，也就是說包含我們上述提到的R、G、B顏色表示方法中所有的顏色，這種圖叫做真彩色圖(true color)。真彩色圖並不是說一幅圖包含了所有的顏色，而是說它具有顯示所有顏色的能力，即最多可以包含所有的顏色。表示真彩色圖時，每個象素直接用R、G、B三個分量位元組表示，而不採用調色盤技術。原因很明顯：如果用調色盤，表示一個象素也要用24位，這是因為每種顏色的索引要用24位(因為總共有2²⁴種顏色，即調色盤有2²⁴行)，和直接用R，G，B三個分量表示用的位元組數一樣，不但沒有任何便宜，還要加上一個256×256×256×3個位元組的大調色盤。所以真彩色圖直接用R、G、B三個分量表示，它又叫做24位色圖。

1.2 bmp檔案格式

介紹完點陣圖和調色盤的概念，下面就讓我們來看一看Windows的點陣圖檔案(.bmp檔案)的格式是什麼樣子的。

bmp檔案大體上分成四個部分，如圖1.3所示。

圖1.3     Windows點陣圖檔案結構示意圖

第一部分為點陣圖檔案頭BITMAPFILEHEADER，是一個結構，其定義如下：

typedefstruct tagBITMAPFILEHEADER {

WORD          bfType;

DWORD bfSize;

WORD          bfReserved1;

WORD          bfReserved2;

DWORDbfOffBits;

}BITMAPFILEHEADER;

這個結構的長度是固定的，為14個位元組(WORD為無符號16位整數，DWORD為無符號32位整數)，各個域的說明如下：

bfType

指定檔案型別，必須是0x424D，即字串“BM”，也就是說所有.bmp檔案的頭兩個位元組都是“BM”。

bfSize

指定檔案大小，包括這14個位元組。

bfReserved1，bfReserved2     

為保留字，不用考慮

bfOffBits

為從檔案頭到實際的點陣圖資料的偏移位元組數，即圖1.3中前三個部分的長度之和。

第二部分為點陣圖資訊頭BITMAPINFOHEADER，也是一個結構，其定義如下：

typedefstruct tagBITMAPINFOHEADER{

DWORD biSize;

LONG           biWidth;

LONG           biHeight;

WORD          biPlanes;

WORD          biBitCount

DWORD biCompression;

DWORD biSizeImage;

LONG           biXPelsPerMeter;

LONG           biYPelsPerMeter;

DWORD biClrUsed;

DWORD biClrImportant;

}BITMAPINFOHEADER;

這個結構的長度是固定的，為40個位元組(LONG為32位整數)，各個域的說明如下：

biSize

指定這個結構的長度，為40。

biWidth

指定圖象的寬度，單位是象素。

biHeight

指定圖象的高度，單位是象素。

biPlanes

必須是1，不用考慮。

biBitCount

指定表示顏色時要用到的位數，常用的值為1(黑白二色圖), 4(16色圖), 8(256色), 24(真彩色圖)(新的.bmp格式支援32位色，這裡就不做討論了)。

biCompression

指定點陣圖是否壓縮，有效的值為BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS(都是一些Windows定義好的常量)。要說明的是，Windows點陣圖可以採用RLE4，和RLE8的壓縮格式，但用的不多。我們今後所討論的只有第一種不壓縮的情況，即biCompression為BI_RGB的情況。

biSizeImage

指定實際的點陣圖資料佔用的位元組數，其實也可以從以下的公式中計算出來：

biSizeImage=biWidth’ × biHeight

要注意的是：上述公式中的biWidth’必須是4的整倍數(所以不是biWidth，而是biWidth’，表示大於或等於biWidth的，最接近4的整倍數。舉個例子，如果biWidth=240，則biWidth’=240；如果biWidth=241，biWidth’=244)。

如果biCompression為BI_RGB，則該項可能為零

biXPelsPerMeter

指定目標裝置的水平解析度，單位是每米的象素個數，關於解析度的概念，我們將在第4章詳細介紹。

biYPelsPerMeter

指定目標裝置的垂直解析度，單位同上。

biClrUsed

指定本圖象實際用到的顏色數，如果該值為零，則用到的顏色數為2^biBitCount。

biClrImportant

指定本圖象中重要的顏色數，如果該值為零，則認為所有的顏色都是重要的。

第三部分為調色盤Palette，當然，這裡是對那些需要調色盤的點陣圖檔案而言的。有些點陣圖，如真彩色圖，前面已經講過，是不需要調色盤的，BITMAPINFOHEADER後直接是點陣圖資料。

調色盤實際上是一個數組，共有biClrUsed個元素(如果該值為零，則有2^biBitCount個元素)。陣列中每個元素的型別是一個RGBQUAD結構，佔4個位元組，其定義如下：

typedefstruct tagRGBQUAD {

BYTE   rgbBlue; //該顏色的藍色分量

BYTE   rgbGreen; //該顏色的綠色分量

BYTE   rgbRed; //該顏色的紅色分量

BYTE   rgbReserved; //保留值

} RGBQUAD;

第四部分就是實際的圖象資料了。對於用到調色盤的點陣圖，圖象資料就是該象素顏在調色盤中的索引值。對於真彩色圖，圖象資料就是實際的R、G、B值。下面針對2色、16色、256色點陣圖和真彩色點陣圖分別介紹。

對於2色點陣圖，用1位就可以表示該象素的顏色(一般0表示黑，1表示白)，所以一個位元組可以表示8個象素。

對於16色點陣圖，用4位可以表示一個象素的顏色，所以一個位元組可以表示2個象素。

對於256色點陣圖，一個位元組剛好可以表示1個象素。

對於真彩色圖，三個位元組才能表示1個象素，哇，好費空間呀！沒辦法，誰叫你想讓圖的顏色顯得更亮麗呢，有得必有失嘛。

要注意兩點：

(1)    每一行的位元組數必須是4的整倍數，如果不是，則需要補齊。這在前面介紹biSizeImage時已經提到了。

(2)    一般來說，.bMP檔案的資料從下到上，從左到右的。也就是說，從檔案中最先讀到的是圖象最下面一行的左邊第一個象素，然後是左邊第二個象素……接下來是倒數第二行左邊第一個象素，左邊第二個象素……依次類推，最後得到的是最上面一行的最右一個象素。

開發工具：vc++6.0，Win32 控制檯程式

/**
* 程式名: WorkBmp.cpp
* 功  能: 讀取和顯示24位BMP影象,並把影象資料輸入到ImageData.txt中
* 24位bmp可以通過畫圖程式中的另存為的檔案型別中可以選擇
* bmp檔案放到工程目錄下
*/
#include <iostream.h>
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#include <fstream.h>
int biWidth;  //影象寬
int biHeight;  //影象高
int biBitCount; //影象型別，每畫素位數
//RGBQUAD *pColorTable;  //顏色表指標
unsigned char *pBmpBuf;  //儲存影象資料
int lineByte;         //影象資料每行位元組數
/**
* 函式名: readBmp
* 參  數: bmpName -- bmp檔名
* 功  能: 讀入bmp檔案，並獲取相應的資訊
*/
bool readBmp(char *bmpName)
{
	FILE *fp;
	if( (fp = fopen(bmpName,"rb")) == NULL)  //以二進位制的方式開啟檔案
	{
		cout<<"The file "<<bmpName<<"was not opened"<<endl;
		return FALSE;
	}
	if(fseek(fp,sizeof(BITMAPFILEHEADER),SEEK_CUR))  //跳過BITMAPFILEHEADE
	{
		cout<<"跳轉失敗"<<endl;
		return FALSE;
	}
	BITMAPINFOHEADER infoHead;
	fread(&infoHead,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp);   //從fp中讀取BITMAPINFOHEADER資訊到infoHead中,同時fp的指標移動
	biWidth = infoHead.biWidth;
	biHeight = infoHead.biHeight;
	biBitCount = infoHead.biBitCount;
	lineByte = (biWidth*biBitCount/8+3)/4*4;   //lineByte必須為4的倍數
	//24位bmp沒有顏色表，所以就直接到了實際的點陣圖資料的起始位置
	pBmpBuf = new unsigned char[lineByte * biHeight];
	fread(pBmpBuf,sizeof(char),lineByte * biHeight,fp);
	fclose(fp);   //關閉檔案
	return TRUE;

}
/**
* 函式名: saveBmp
* 參  數: bmpName -- bmp檔名
* 功  能: 將bmp點陣圖檔案的相關資訊，寫入新建立的檔案中
*/
bool saveBmp(char *bmpName)
{
	FILE *fp;
	if( (fp = fopen(bmpName,"wb") )== NULL)   //以二進位制寫入方式開啟
	{
		cout<<"開啟失敗!"<<endl;
		return FALSE;
	}
	//設定BITMAPFILEHEADER引數
	BITMAPFILEHEADER fileHead;
	fileHead.bfType = 0x4D42;   
	fileHead.bfSize = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER) + lineByte * biHeight;
	fileHead.bfReserved1 = 0;
	fileHead.bfReserved2 = 0;
	fileHead.bfOffBits = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER);
	fwrite(&fileHead,sizeof(BITMAPFILEHEADER),1,fp);
	//設定BITMAPINFOHEADER引數
	BITMAPINFOHEADER infoHead;
	infoHead.biSize = 40;
	infoHead.biWidth = biWidth;
	infoHead.biHeight = biHeight;
	infoHead.biPlanes = 1;
	infoHead.biBitCount = biBitCount;
	infoHead.biCompression = BI_RGB;
	infoHead.biSizeImage = lineByte * biHeight;
	infoHead.biXPelsPerMeter = 0;
	infoHead.biYPelsPerMeter = 0;
	infoHead.biClrUsed = 0;
	infoHead.biClrImportant = 0;
	//寫入
	fwrite(&infoHead,sizeof(BITMAPINFOHEADER),1,fp);
	fwrite(pBmpBuf,sizeof(char),lineByte * biHeight,fp);
	fclose(fp);    //關閉檔案
	return TRUE;


}
/**
* 函式名: work
* 功  能: 處理點陣圖資訊，並將點陣圖資料儲存到ImageData檔案中
*/
void work()
{
	char readFileName[] = "nv.BMP";   //定義要讀入的檔名
	if(FALSE == readBmp(readFileName))
		cout<<"readfile error!"<<endl;
	//輸出影象的資訊
	cout<<"Width = "<<biWidth<<" Height = "<<biHeight<<" biBitCount="<<biBitCount<<endl;
	ofstream outfile("ImageData.txt",ios::in | ios::trunc);
	if(!outfile)
	{
		cout<<"open error"<<endl;
		return ;
	}
	int count = 0;
	//影象資料資訊是從左下角按行開始儲存的
	for(int i = 0; i < biHeight; i++ )
	{
		for(int j = 0; j < biWidth; j++ )
		{
			for(int k = 0; k < 3; k++ )
			{
				int temp = *(pBmpBuf + i * lineByte + j + k);
				count++;
				outfile<<temp<<" ";
				if(count % 8 == 0)
				{
					outfile<<endl;
				}
			}
		}
	}
	cout<<"總的畫素數:"<<count / 3<<endl;

	char writeBmpName[] = "nvcpy.BMP";
	saveBmp(writeBmpName);
	delete []pBmpBuf;  //釋放記憶體
}

int main()
{
	work();
	return 0;
}