【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 中。在計(jì)算機(jī)中，按照顏色和灰度的多少可以將圖像分為二值圖像、灰度圖像、索引圖像和真彩色RGB圖像四種基本類型。大多數(shù)圖像處理軟件都支持這四種類型的圖像。a. 二值圖像一幅二值圖像的二維矩陣僅由0、1兩個(gè)值構(gòu)成，“0”代表黑色，“1”代白色。由于每一像素（矩陣中每一元素）取值僅有0、1兩種可能，所以計(jì)算機(jī)中二值圖像的數(shù)據(jù)類型通常為1個(gè)二進(jìn)制位。二值圖像通常用于文字、線條圖的掃描識(shí)別（OCR）和掩膜圖像的存儲(chǔ)。b. 灰度圖像灰度圖像矩陣元素的取值范圍通常為[0，255]。因此其數(shù)據(jù)類型一般為8位無(wú)符號(hào)整數(shù)的（int8），這就是人們經(jīng)常提到的256灰度圖像?！?”表示純黑色，“255”表示純白色，中間的數(shù)字從小到大表示由黑到白的過(guò)渡色。在某些軟件中，灰度圖像也可以用雙精度數(shù)據(jù)類型（double）表示，像素的值域?yàn)閇0，1]，0代表黑色，1代表白色，0到1之間的小數(shù)表示不同的灰度等級(jí)。二值圖像可以看成是灰度圖像的一個(gè)特例。c. 索引圖像索引圖像的文件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，除了存放圖像的二維矩陣外，還包括一個(gè)稱之為顏色索引矩陣MAP的二維數(shù)組。MAP的大小由存放圖像的矩陣元素值域決定，如矩陣元素值域?yàn)閇0，255]，則MAP矩陣的大小為2563，用MAP=[RGB]表示。MAP中每一行的三個(gè)元素分別指定該行對(duì)應(yīng)顏色的紅、綠、藍(lán)單色值，MAP中每一行對(duì)應(yīng)圖像矩陣像素的一個(gè)灰度值，如某一像素的灰度值為64，則該像素就與MAP中的第64行建立了映射關(guān)系，該像素在屏幕上的實(shí)際顏色由第64行的[RGB]組合決定。也就是說(shuō)，圖像在屏幕上顯示時(shí)，每一像素的顏色由存放在矩陣中該像素的灰度值作為索引通過(guò)檢索顏色索引矩陣MAP得到。索引圖像的數(shù)據(jù)類型一般為8位無(wú)符號(hào)整形（int8），相應(yīng)索引矩陣MAP的大小為2563，因此一般索引圖像只能同時(shí)顯示256種顏色，但通過(guò)改變索引矩陣，顏色的類型可以調(diào)整。索引圖像的數(shù)據(jù)類型也可采用雙精度浮點(diǎn)型（double）。索引圖像一般用于存放色彩要求比較簡(jiǎn)單的圖像，如Windows中色彩構(gòu)成比較簡(jiǎn)單的壁紙多采用索引圖像存放，如果圖像的色彩比較復(fù)雜，就要用到RGB真彩色圖像。d. RGB彩色圖像RGB圖像與索引圖像一樣都可以用來(lái)表示彩色圖像。與索引圖像一樣，它分別用紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三原色的組合來(lái)表示每個(gè)像素的顏色。但與索引圖像不同的是，RGB圖像每一個(gè)像素的顏色值（由RGB三原色表示）直接存放在圖像矩陣中，由于每一像素的顏色需由R、G、B三個(gè)分量來(lái)表示，M、N分別表示圖像的行列數(shù)，三個(gè)MN的二維矩陣分別表示各個(gè)像素的R、G、B三個(gè)顏色分量。RGB圖像的數(shù)據(jù)類型一般為8位無(wú)符號(hào)整形，通常用于表示和存放真彩色圖像，當(dāng)然也可以存放灰度圖像。所謂數(shù)字圖像處理（Digital Image Processing），就是指用數(shù)字計(jì)算機(jī)及其他相關(guān)的數(shù)字技術(shù)，對(duì)數(shù)字圖像施加某種或某些運(yùn)算和處理，從而達(dá)到某種預(yù)期的處理目的。數(shù)字圖像處理是通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取特征等處理的方法和技術(shù)。數(shù)字圖像處理的產(chǎn)生和迅速發(fā)展主要受三個(gè)因素的影響：一是計(jì)算機(jī)的發(fā)展；二是數(shù)學(xué)的發(fā)展（特別是離散數(shù)學(xué)理論的創(chuàng)立和完善）；三是廣泛的農(nóng)牧業(yè)、林業(yè)、環(huán)境、軍事、工業(yè)和醫(yī)學(xué)等方面的應(yīng)用需求的增長(zhǎng)。數(shù)字圖像處理就是利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息進(jìn)行加工以滿足人的視覺(jué)心理或者應(yīng)用需求的行為。實(shí)質(zhì)上是一段能夠被計(jì)算機(jī)還原顯示和輸出為一幅圖像的數(shù)字碼。21世紀(jì)是一個(gè)充滿信息的時(shí)代，圖像作為人類感知世界的視覺(jué)基礎(chǔ)，是人類獲取信息、表達(dá)信息和傳遞信息的重要手段。數(shù)字圖像處理，即用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，其發(fā)展歷史并不長(zhǎng)。數(shù)字圖像處理技術(shù)源于20世紀(jì)20年代，當(dāng)時(shí)通過(guò)海底電纜從英國(guó)倫敦到美國(guó)紐約傳輸了一幅照片，采用了數(shù)字壓縮技術(shù)。首先數(shù)字圖像處理技術(shù)可以幫助人們更客觀、準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)世界，人的視覺(jué)系統(tǒng)可以幫助人類從外界獲取3/4以上的信息，而圖像、圖形又是所有視覺(jué)信息的載體，盡管人眼的鑒別力很高，可以識(shí)別上千種顏色，但很多情況下，圖像對(duì)于人眼來(lái)說(shuō)是模糊的甚至是不可見(jiàn)的，通過(guò)圖象增強(qiáng)技術(shù)，可以使模糊甚至不可見(jiàn)的圖像變得清晰明亮。另一方面，通過(guò)數(shù)字圖像處理中的模式識(shí)別技術(shù)，可以將人眼無(wú)法識(shí)別的圖像進(jìn)行分類處理。通過(guò)計(jì)算機(jī)模式識(shí)別技術(shù)可以快速準(zhǔn)確的檢索、匹配和識(shí)別出各種東西。a. 像素 顯示器的屏幕是由許多點(diǎn)構(gòu)成的，這些點(diǎn)稱為像素。因而，像素其實(shí)指的就是點(diǎn)。 b. 調(diào)色板 現(xiàn)實(shí)世界的顏色種類是無(wú)限的，但計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)所能表示的顏色數(shù)量是有限的。為了使計(jì)算機(jī)能最逼真的重現(xiàn)世界，就必須采用一定的技術(shù)來(lái)管理和取舍顏色，為了完成這一任務(wù)，調(diào)色板做出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。受計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)顯示功能的限制，當(dāng)今的顯示器一般只支持16色、256色和真色彩(16777216色)。如果一幅圖像的每一個(gè)像素都用其R、G、B(Red、Green、Blue)分量值來(lái)表示，那么，所有的圖像文件都將變得非常龐大。例如，一幅200200的16色圖像共40000個(gè)像素。如果每個(gè)像素都用 R、G、B這三個(gè)分量值來(lái)表示(每個(gè)分量占1B(Bate))，則每個(gè)像素需要3B，保存整個(gè)圖像共需要2002003B，即120000B。但如果采用一個(gè)顏色表，表中每一行紀(jì)錄一種顏色的R、G、B值，這樣，當(dāng)表示一個(gè)像素的顏色時(shí)，只需指出該顏色在顏色表中的索引即可。通過(guò)索引表來(lái)表示顏色，則16色只需4位，即lB可以表示兩個(gè)像素。保存整個(gè)圖像只用200200，即20000B，再加上顏色表占用的316=48B，也不過(guò)20048B?？梢?jiàn)，使用顏色表的16色圖像的存儲(chǔ)量只有未用顏色表的16色圖像的1/6，大大節(jié)約了圖像的存儲(chǔ)空間。這樣的顏色表就是調(diào)色板。調(diào)色板(Palette)也可以叫顏色查找表，是指在16色或256色顯示系統(tǒng)中由圖像中出現(xiàn)最頻繁的16種或256種顏色所組成的顏色表。對(duì)這些顏色按4位(16色)或8位(256色)，即O～15或0～255進(jìn)行編號(hào)(索引號(hào))代表R、G、B，3個(gè)分量24位顏色值。使用調(diào)色板的圖像叫做調(diào)色板圖像。對(duì)調(diào)色板圖像而言，它們的像素值不是顏色值，而是顏色在調(diào)色板查找表中的索引號(hào)。 雖然采用調(diào)色板技術(shù)可以大大節(jié)省存儲(chǔ)圖像的空間，但它不是萬(wàn)能的，因?yàn)槿魏我?門技術(shù)的應(yīng)用都有它的先決條件。對(duì)于256色的系統(tǒng)，一般都是采用調(diào)色板技術(shù)。而對(duì)于24位真色彩系統(tǒng)，一般不采用調(diào)色板，直接使用R、G、B值表示像素值，即用3B 來(lái)表示一個(gè)真色彩像素的顏色值，R、G、B的值分別用lB來(lái)表示。否則的話，非但不能減少圖像的存儲(chǔ)空間，反而會(huì)額外增加一個(gè)調(diào)色板的存儲(chǔ)空間。同時(shí)，天才的Windows 操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者為了保證Windows基本顯示界面的一致性而保留了一個(gè)有20種顏色的內(nèi)部系統(tǒng)調(diào)色板，用來(lái)繪制窗口的圖標(biāo)、邊界和按鈕等，以免Windows操作界面被使用者搞得亂七八糟。這個(gè)系統(tǒng)調(diào)色板在所有的顯示設(shè)置中都保持不變。因此，在16色的顯示系統(tǒng)中，一般也不操作調(diào)色板，而是直接使用系統(tǒng)調(diào)色板。 BMP位圖BMP是英文Bitmap（位圖）的簡(jiǎn)寫(xiě)，它是Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式，能夠被多種Windows應(yīng)用程序所支持。BMP是使用像素陣列來(lái)表示的圖像，每個(gè)像素的色彩信息由RGB組合或者灰度值表示。根據(jù)顏色信息所需的數(shù)據(jù)位分為124及32位等，位數(shù)越高顏色越豐富，相應(yīng)的數(shù)據(jù)量越大。其中使用1位表示一個(gè)像素顏色的位圖因?yàn)橐粋€(gè)數(shù)據(jù)位只能表示兩種顏色，所以又稱為二值位圖。通常使用24位RGB組合數(shù)據(jù)位表示的的位圖稱為真彩色位圖。位圖一共有兩種類型，即：設(shè)備相關(guān)位圖（DDB）和設(shè)備無(wú)關(guān)位圖（DIB）。本系統(tǒng)用的是設(shè)備無(wú)關(guān)位圖DIB。BMP文件結(jié)構(gòu)：位圖文件由4個(gè)部分組成：位圖文件頭（bitmapfile header）、位圖信息頭（bitmapinformation header）、顏色表（color table）和定義位圖的字節(jié)(位圖數(shù)據(jù)，即圖像數(shù)據(jù)，Data Bits或Data Body)陣列。位圖文件頭位圖信息頭顏色表圖像數(shù)據(jù)3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖像處理的內(nèi)容十分豐富，應(yīng)用領(lǐng)域也十分廣范。本系統(tǒng)主要是通過(guò)Visual C++開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建一個(gè)圖像處理的平臺(tái)，設(shè)計(jì)了一個(gè)BMP圖像處理軟件。整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)需求及各個(gè)算法之間的關(guān)系，由如下5個(gè)模塊及其子模塊構(gòu)成，主要有五部分：圖像的文件操作、圖像的幾何變換、圖像的特效顯示、圖像的灰度變化、圖像的分析變化。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，根據(jù)圖像處理的內(nèi)容將整個(gè)系統(tǒng)劃分為5個(gè)模塊，每個(gè)模塊下又有各自的子模塊。具體模塊設(shè)計(jì)如下：將指定位圖文件的數(shù)據(jù)讀入到相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，以便進(jìn)一步處理，再將處理后的數(shù)據(jù)以位圖的格式加以保存。該模塊主要是對(duì)BMP圖像進(jìn)行打開(kāi)、保存操作。： 圖像的幾何變換又成為空間變換，即圖像中點(diǎn)與點(diǎn)之間的空間映射關(guān)系。對(duì)BMP圖像進(jìn)行鏡像、縮放、轉(zhuǎn)置。旋轉(zhuǎn)操作。： 圖像的特效顯示就是利用人眼的視覺(jué)特性通過(guò)對(duì)圖像分塊然后以不同的次序顯示出來(lái)。實(shí)現(xiàn)圖像的特效顯示的基本思路是將圖像分割成不同的小塊按一定的方向或次序、分階段地顯示或擦除圖像塊。該模塊主要是對(duì)BMP圖像進(jìn)行圖像漸顯、水平柵條、馬賽克特效、百葉窗特效顯示操作。： 圖像的灰度變換是基于點(diǎn)操作的增強(qiáng)方法，它將每一個(gè)像素的灰度值按照一定的數(shù)學(xué)變換公式轉(zhuǎn)換為一個(gè)新的灰度值。它是圖像增強(qiáng)的重要手段，可使圖像動(dòng)態(tài)范圍加大，圖像對(duì)比度增強(qiáng)，圖像清晰，特征明顯。該模塊主要是對(duì)BMP圖像進(jìn)行圖像反色變換、亮度調(diào)整、對(duì)比度調(diào)整、窗口灰度變換、直方圖均衡化操作。： 對(duì)BMP圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)、輪廓提取操作。：4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)BMP文件由文件頭、位圖信息頭、顏色信息和圖形數(shù)據(jù)四部分組成。文件頭主要包含文件的大小、文件類型、圖像數(shù)據(jù)偏離文件頭的長(zhǎng)度等信息。位圖信息頭包含圖像的尺寸信息、圖像用幾個(gè)比特?cái)?shù)值來(lái)表示一個(gè)像素、圖像是否壓縮、圖像所用的顏色數(shù)等信息。顏色信息包含圖像所用到的顏色表，顯示圖像時(shí)需用到這個(gè)顏色表來(lái)生成調(diào)色板。文件中的數(shù)據(jù)塊表示圖像的相應(yīng)的像素值，圖像的像素值在文件中的存放順序?yàn)閺淖蟮接?，從下到上，在BMP文件中首先存放的是圖像的最后一行像素，最后才存儲(chǔ)圖像的第一行像素，但對(duì)與同一行的像素，則是按照先左邊后右邊的的順序存儲(chǔ)的。BMP文件頭數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)含有BMP文件的類型、文件大小和位圖起始位置等信息。其結(jié)構(gòu)定義如下：typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { WORD bfType； // 位圖文件的類型，必須為BMP DWORD bfSize； // 位圖文件的大小，以字節(jié)為單位 WORD bfReserved1； // 位圖文件保留字，必須為0 WORD bfReserved2； // 位圖文件保留字，必須為0 DWORD bfOffBits； // 位圖數(shù)據(jù)的起始位置，以相對(duì)于位圖文件頭的偏移量表示，以字節(jié)為單位 } BITMAPFILEHEADER；該結(jié)構(gòu)占據(jù)14個(gè)字節(jié)。BMP位圖信息頭數(shù)據(jù)用于說(shuō)明位圖的尺寸等信息。其結(jié)構(gòu)如下：typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ DWORD biSize； // 本結(jié)構(gòu)所占用字節(jié)數(shù) LONG biWidth； // 位圖的寬度，以像素為單位 LONG biHeight； // 位圖的高度，以像素為單位 WORD biPlanes； // 目標(biāo)設(shè)備的平面數(shù)不清，必須為1 WORD biBitCount// 每個(gè)像素所需的位數(shù)，必須是1(雙色), 4(16色)，8(256色)或24(真彩色)之一 DWORD biCompression； // 位圖壓縮類型，必須是 0(不壓縮),1(BI_RLE8壓縮類型)或2(BI_RLE4壓縮類型)之一 DWORD biSizeImage； // 位圖的大小，以字節(jié)為單位 LONG biXPelsPerMeter； // 位圖水平分辨率，每米像素?cái)?shù) LONG biYPelsPerMeter； // 位圖垂直分辨率，每米像素?cái)?shù) DWORD biClrUsed；// 位圖實(shí)際使用的顏色表中的顏色數(shù) DWORD biClrImportant；// 位圖顯示過(guò)程中重要的顏色數(shù) } BITMAPINFOHEADER；該結(jié)構(gòu)占據(jù)40個(gè)字節(jié)。顏色表用于說(shuō)明位圖中的顏色，它有若干個(gè)表項(xiàng)，每一個(gè)表項(xiàng)是一個(gè)RGBQUAD類型的結(jié)構(gòu)，定義一種顏色。RGBQUAD結(jié)構(gòu)的定義如下：typedef struct tagRGBQUAD { BYTE rgbBlue；// 藍(lán)色的亮度(值范圍為0255) BYTE rgbGreen； // 綠色的亮度(值范圍為0255) BYTE rgbRed； // 紅色的亮度(值范圍為0255) BYTE rgbReserved；// 保留，必須為0 } RGBQUAD； 位圖數(shù)據(jù)記錄位圖的每一個(gè)像素值或該對(duì)應(yīng)像素的顏色表的索引值，圖像記錄順序是在掃描行內(nèi)是從左到右,掃描行之間是從下到上。這種格式又稱為Bottom_Up位圖，當(dāng)然與之相對(duì)的還有Up_Down形式的位圖，它的記錄順序是從上到下的，對(duì)于這種形式的位圖，也不存在壓縮形式。位圖的一個(gè)像素值所占的字節(jié)數(shù)：當(dāng)biBitCount=1時(shí)，8個(gè)像素占1個(gè)字節(jié)；當(dāng)biBitCount=4時(shí)，2個(gè)像素占1個(gè)字節(jié)；當(dāng) biBitCount=8時(shí)，1個(gè)像素占1個(gè)字節(jié)；當(dāng)biBitCount=24時(shí),1個(gè)像素占3個(gè)字節(jié)，此時(shí)圖像為真彩色圖像。當(dāng)圖像不是為真彩色時(shí)，圖像文件中包含顏色表，位圖的數(shù)據(jù)表示對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)在顏色表中相應(yīng)的索引值，當(dāng)為真彩色時(shí)，每一個(gè)像素用三個(gè)字節(jié)表示圖像相應(yīng)像素點(diǎn)彩色值，每個(gè)字節(jié)分別對(duì)應(yīng)R、G、B分量的值，這時(shí)候圖像文件中沒(méi)有顏色表。一幅圖像可以定義為一個(gè)二維函