bmp文件显示、翻转、灰化等操作

BMP（Bitmap）是Windows操作系统中的标准图像文件格式。

Windows的发布时机远早于Linux、Android、IOS等操作系统，Windows中相当多的标准数据格式和算法也是当今所有OS绕不开、必须兼容的数据结构和算法。

BMP是当前计算机中图像文件的标准文件格式，它是计算机图像学这门课程的必修课，研究BMP的意义也在于此。

BMP文件类型可以分成两类：设备相关位图（DDB）和设备无关位图（DIB）。

BMP相较于其他图像格式的特点：

BMP文件从头到尾结构如下：

1. bmp文件头(BITMAPFILEHEADER结构)

bfType：’BM’两个可打印字符，用于标识BMP文件。

bfSize：文件大小

bfReserved1：保留，必须设置为0

bfReserved2：保留，必须设置为0

bfOffBits：从文件头到位图数据的偏移。一般来说，24位和32位的值是54(BITMAPINFOHEADER的大小+ BITMAPINFOHEADER的大小)，而8位位图的值为1078(BITMAPINFOHEADER的大小+ BITMAPINFOHEADER的大小+颜色表的大小)

2 位图信息头(即BITMAPINFOHEADER结构)

biSize：信息头大小，即40字节

biWidth：以像素为单位图像的宽度

biHeight：以像素为单位图像的高度。如果为正，说明位图倒立（即数据表示从图像的左下角到右上角），如果为负说明正向

biPlanes：为目标设备说明颜色平面数，总被设置为1

biBitCount：bit/pixel，1、2、4、8、16、24、32

biCompression：图像的压缩类型，最常用的就是0（BI_RGB），表示不压缩

biSizeImages：4字节，说明位图数据的大小，当用BI_RGB格式时，可以设置为0

biXPelsPerMeter：表示水平分辨率，单位是像素/米，有符号整数

biYPelsPerMeter：表示垂直分辨率，单位是像素/米，有符号整数

biClrUsed：位图使用的调色板中的颜色索引数，为0说明使用所有

biClrImportant：对图像显示有重要影响的颜色索引数，为0说明都重要

另外需要注意的是，位图的每显示一行的扫描线长度总是4字节对齐的，计算方法是： (width* biBitCount&31+ width* biBitCount)/4，不足的要补0，否则会导致文件格式解析错误。

3. 调色板(只存在于8位位图, 即RGBQUAD[256]数组)

当位图是8bit时，像素值代表调色板的索引值。显示器很早就可以支持24位色，此模式主要用于减小文件大小和历史兼容性。显示8位位图的像素值时，在调色板中按照索引值找到调色板中索引对应的红黄蓝三颜色的值，在显示器上显示对应的该24位颜色值。

4.位图数据

即像素值。24位像素值按照red,green,blue顺序排列。32位色按照ALPHA,red,green,blue顺序排列,alpha值代表透明度。16位比较特殊，一般是按照5：6：5的顺序表示red,green,blue这3种颜色的值。

创建并在调色板中构造合适的24位颜色值，然后将24位(或者32位)位图的颜色值修改为调色板中的索引值。为了简单，代码中将颜色值修改为依此递增的白色。因为纯白色的颜色值为0xffffff（红绿蓝三色的值必须相等，否则将会呈现三者之中值较大的那种颜色,而且三者的值越大，越加趋向于纯白色），所以调色板中的24位色是从010101，020202，030303，…,ffffff依次递增的256种、从灰色到纯白色的颜色值。

原始图片如下：

结果示例：

涉及到的gamma矫正算法如下：

即将上述灰度颜色值取反后的结果。

若是颜色表中不是这种排序，将会导致的结果如下(以绿色蓝色分量为0为例子)：

使用代码实现区域像素的平移、在bmp图像中画白色矩形的操作。

因为一般的bmp文件是倒序存放的，即显示时的第一行位于位图数据文件的最后一行，最后一行位于位图文件的第一行中。为了操作和计算方便，需要将位图中扫描线翻转，操作之后，再将像素的扫描线翻转回去。具体实现看代码。

区域平移效果示例：

使用的矩阵乘法，旋转15度。仅仅出于图形学演示效果，未做优化，所以效果不佳。

使用了如下矩阵实现像素旋转：

∣ n e w x n e w y ∣ = ∣ cos ⁡ β − sin ⁡ β sin ⁡ β cos ⁡ β ∣ ∣ x y ∣ \begin {vmatrix} new_x \\ new_y \end {vmatrix} = \begin {vmatrix} \cos \beta & -\sin \beta \\ \sin \beta& \cos \beta \end {vmatrix} \begin {vmatrix} x \\ y \end {vmatrix} ​newx​newy​​ ​= ​cosβsinβ​−sinβcosβ​ ​ ​xy​ ​

背景图：

使用如下算法： c o l o r = c o l o r ∗ a l p h a + c o l o r 2 ∗ ( 1 − a l p h a ) 0 < a l p h a < 1 color = color* alpha + color2*(1-alpha) \quad \quad 0biWidth*( bi->biBitCount/8); for (int j = 0;j biWidth;j++) { if (bi->biBitCount == 8) { } else if (bi->biBitCount == 16) { } else if (bi->biBitCount == 24) { ULONG v = line[j*3] + line[j*3 + 1] + line[j * 3 + 2]; nd[nd_size++] = v/3; } else if (bi->biBitCount == 32) { ULONG v = line[j * 4] + line[j * 4 + 1] + line[j * 4 + 2] + line[j * 4 + 3]; nd[nd_size++] =v/4; } } } nd_bi->biBitCount = 8; nd_bi->biSizeImage = bi->biHeight*bi->biWidth; nd_bf->bfSize = nd_size; nd_bf->bfOffBits += 1024; ret = FileHelper::fileWriter("mandrill_new.bmp", nd, nd_bf->bfSize,TRUE); char* framedata = new char[nd_bf->bfSize + 1024]; memcpy(framedata, nd, nd_bf->bfSize); reverseBmp(nd + nd_bf->bfOffBits, nd_bi->biHeight, nd_bi->biWidth); ret = FileHelper::fileWriter("mandrill_new_2.bmp", nd, nd_bf->bfSize, TRUE); frame(framedata + nd_bf->bfOffBits, nd_bi->biHeight, nd_bi->biWidth,100,50); ret = FileHelper::fileWriter("mandrill_new_3.bmp", framedata, nd_bf->bfSize, TRUE); char* rotatesrc = new char[bf->bfSize + 1024]; char* rotatedata = new char[bf->bfSize + 1024]; memcpy(rotatesrc, file, bf->bfSize); rotate(rotatesrc + bf->bfOffBits, bi->biHeight, bi->biWidth,bi->biBitCount/8, rotatedata); memcpy(rotatesrc + bf->bfOffBits, rotatedata, bi->biSizeImage); ret = FileHelper::fileWriter("mandrill_new_4.bmp", rotatesrc, bf->bfSize, TRUE); } } return 0; } int main() { int ret = 0; ret = mainproc(); return 0; }

工程代码如下：

https://download.csdn.net/download/m0_37567738/88571695

注意：为防止某些版本的VS编译错误，编译时在“设置”->“c++”->“预处理器”->“预处理器定义”中添加” _CRT_SECURE_NO_WARNINGS”