【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 要，因此選擇合適的語(yǔ)言進(jìn)行算法的描述顯得尤為重要。本文選擇 Visual C++，其主要優(yōu)勢(shì)在于以下三個(gè)方面： （ 1）執(zhí)行效率高。 C++的執(zhí)行代碼經(jīng)過(guò)編譯后生成的是匯編語(yǔ)言，它可以直接在處理器上運(yùn)行，因此它的執(zhí)行效率較高。 （ 2）較高的靈活度。指針是 C++的一種特殊的數(shù)據(jù)類型，能夠獲取和直接操縱地址，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分配內(nèi)存。掌握指針就能更有效地使用內(nèi)存空間， C++中指 8 針的使用，很大幅度上提高了編程的靈活度。 （ 3）提高了內(nèi)存使用效率。對(duì)于圖形圖像數(shù)據(jù)的處理而言，大量信息的圖像數(shù)據(jù)處理需要占用較大的內(nèi)存，而計(jì)算機(jī)內(nèi)存是有限的。在相對(duì)有限的內(nèi)存空間，必須更有效的使用才能比較好地完成數(shù) 據(jù)處理運(yùn)算。由于 C++語(yǔ)言支持對(duì)內(nèi)存的直接分配和釋放，提高了內(nèi)存的使用效率，也大大提高了圖像處理效率。 2 數(shù)字圖像處理的簡(jiǎn)介 什么是數(shù)字圖像 簡(jiǎn)單地說(shuō)，數(shù)字圖像就是能夠在計(jì)算機(jī)上顯示和處理的圖像，根據(jù)其特性可以分為兩大類 —— 位圖和矢量圖。位圖通常使用數(shù)字陣列來(lái)表示，常見格式有 BMP、JPG、 GIF 等；矢量圖由矢量數(shù)據(jù)庫(kù)表示。我們接觸的最多的就是 PNG 圖形。 我們可以將一幅圖像視為一個(gè)二維函數(shù) f（ x， y），其中 x 和 y 是空間坐標(biāo)，而在 xy 平面中的任意一對(duì)空間坐標(biāo)（ x， y）上的幅值 f 稱為該點(diǎn)圖像的灰度 、亮度或強(qiáng)度。此時(shí)，如果 f、 x、 y 均為非負(fù)有限離散，則稱該圖像為數(shù)字圖像（位圖）。 一個(gè)大小為 M N 的數(shù)字圖像是由 M 行 N 列的有限元素組成的，每個(gè)元素都有特定的位置和幅值，代表了其所在行列位置上的圖像物理信息，如灰度和色彩等。這些元素稱為圖像元素或像素。 數(shù)字圖像的顯示 不論是 CRT 顯示器還是 LCD 顯示器，都是由許多點(diǎn)構(gòu)成的，顯示圖像時(shí)這些點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖像的像素，顯示器被稱為位映像設(shè)備。所謂位映像，就是一個(gè)二維的像素矩陣，而位圖則采用位映像方法顯示和存儲(chǔ)的圖像。當(dāng)一幅數(shù)字圖像被放大后就可以明顯看出圖像是由很多 方格形狀的像素構(gòu)成的。 數(shù)字圖像的分類 根據(jù)每個(gè)像素所代表信息的不同，可將圖像分為二值圖像、灰度圖像、 RGB 圖像以及索引圖像等。 （ 1）二值圖像 每個(gè)像素只有黑、白兩種顏色的圖像稱為二值圖像。在二值圖像中，像素只有0和 1兩種取值，一般用 0來(lái)表示黑色，用 1表示白色。 9 （ 2）灰度圖像 在二值圖像中進(jìn)一步加入許多介于黑色和白色之間的顏色深度，就構(gòu)成了 灰度圖像。這類圖像通常顯示為從最暗黑色到最亮的白色的灰度，每種灰度（顏色深度）成為一個(gè)灰度級(jí)，通常用 L 表示。在灰度圖像中，像素可以取 0~L— 1 之間的整數(shù)值，根 據(jù)保存灰度數(shù)值所使用的數(shù)據(jù)類型的不同，可能有 256種取值或者 k2種取值，當(dāng) k=1 時(shí)即退化為二值圖像。 （ 3） RGB 圖像 眾所周知，自然界中幾乎所有顏色都可以由紅（ Red， R） 、綠（ Green， G） 、藍(lán)（ Blue， B） 3 種顏色組合而成，通常稱它們?yōu)?RGB 三原色。計(jì)算機(jī)顯示彩色圖像時(shí)采用最多的就是 RGB 模型。對(duì)于每個(gè)像素，通過(guò)控制 R、 G、 B 三原色的合成比例則可決定該像素的最終顯示顏色。 對(duì)于三原色 RGB 中的每一種顏色，可以像灰度圖那 樣使用 L 個(gè)等級(jí)來(lái)表示含有這種顏色成分的多少。例如對(duì)于含有 256 個(gè)等級(jí)的紅色， 0 表示不含紅色成分，255表示含有 100%的紅色成分。同樣綠色和藍(lán)色也可以劃分為 256 個(gè)等級(jí)。這樣每種原色可以用 8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示，于是 3 原色總共需要 24 位二進(jìn)制數(shù)，這樣能夠表示出的顏色種類數(shù)目為 256 256 256=242 ，大約有 1600 萬(wàn)種，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通人所能分辨出的顏色數(shù)目。 未經(jīng)壓縮的原始 BMP 文件就是使用 RGB 標(biāo)準(zhǔn)給出的 3 個(gè)數(shù)值來(lái)存儲(chǔ)圖像數(shù) 據(jù)的，稱為 RGB 圖像。在 RGB 圖像中每個(gè)像素都是用 24 位二進(jìn)制數(shù)表示，故也稱為 24 位真色彩圖像。 （ 4）索引圖像 如果對(duì)每個(gè)像素都直接使用 24位二進(jìn)制數(shù)表示，圖像文件的體積將變得十分龐大。舉個(gè)例子，對(duì)一個(gè)長(zhǎng)、寬各為 200 像素，顏色數(shù)為 16 的彩色圖像，每個(gè)像素都用 RGB 3 個(gè)分量表示，這樣每個(gè)像素由 3 個(gè)字節(jié)表示，整個(gè)圖像就是200 200 3=120kB。這種完全未經(jīng)壓縮的表達(dá)方式，浪費(fèi)了大量的存儲(chǔ)空間，下面介紹一種更節(jié)省空間的存儲(chǔ)方式：索引圖像。 同樣還是 200 像素 200 像素的 16 色圖像，由于這張圖片中最 多只有 16 種顏色，那么可以使用一張顏色表 (16 3的二維數(shù)組 )保存這 16種顏色對(duì)應(yīng)的 RGB 值， 10 在表示圖像的矩陣中使用這 16種顏色在顏色表中的索引（偏移量 ） 作為數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的行列位置。 3 VC++的圖像處理簡(jiǎn)介 位圖文件及其 C++操 作 Windows 操作系統(tǒng)中使用最多的圖形文件格式就是位圖格式，最常見的位圖文件的擴(kuò)展名為 BMP。 BMP 是英文 Bitmap（位圖）的簡(jiǎn)寫，這種格式的特點(diǎn)是包含的圖像信息較豐富，幾乎不進(jìn)行壓縮，因此占用的磁盤空間較大。 設(shè)備無(wú)關(guān)位圖 以后的 BMP 位圖文件格式與顯示設(shè)備無(wú)關(guān)，因此把這種 BMP 位圖文件稱為設(shè)備無(wú)關(guān)位圖（ device independent bitmap， DIB）。 DIB 自帶顏色信息，因此調(diào)色板管理非常簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在，任何 Windows 操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)都能夠顯示和處理 DIB，它通常以 BMP 文件的形式被把保存在磁盤中。 BMP 圖像文件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 典型的 BMP 圖像文件由以下 4 部分組成，如圖 所示。 （ 1）位圖文件頭數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) BITMAPFILEHEADER,包含 BMP 圖像文件的類型、顯示內(nèi)容等信息。 （ 2）位圖信息頭數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) BITMAPINFOHEADER，包含有 BMP 圖像的寬、高、壓縮方法以及定義顏色等信息。 （ 3）調(diào)色板，即顏色索引表。 （ 4）實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)。 1．位圖文件 BITMAPFILEHEADER 結(jié)構(gòu) 位圖文件頭 BITMAPFILEHEADER 的定義可以再 MFC Library 中找到，這部分文件頭包含了文件的類型、大小以及設(shè)備無(wú)關(guān)位圖的圖像文件布局。 11 單色 D IB 有 2 個(gè)表項(xiàng) 16 色 D IB 有 16 個(gè)表項(xiàng)或更少 256 色 D IB 有 256 個(gè)表項(xiàng)或更少 真彩色 D IB 沒有調(diào)色板 每個(gè)表項(xiàng)長(zhǎng)度為 4 字節(jié)（ 32 位） 像素按照每行每列的順序排列 每一行的字節(jié)數(shù)必須是 4 的整數(shù)倍 b i S i z e b i W i d t h b i H e i g h t b i P l a n e s b i Bit Co u n t b i Co m p re s s i o n b i S i z e Im a g e b i X P e l s P e rM e t e r b i Y P e l s P e rM e t e r b i ClrU s e d b i ClrIm p o rta n t b f T y p e = ” BM ” b f S i z e b f Re s e rv e d 1 b f Re s e rv e d 2 b f O f f Bit s BI TM A PF I LE H EA D ER 位圖文件頭 （只用于 BM P 文件） BI TM A PI N FO H EA D ER 位圖信息頭 Pa l e tt e 調(diào)色板 D I B Pi x e l s D I B 圖像數(shù)據(jù) 圖 BMP文件的組成 the position of BMP file BITMAPFILEHEADER 結(jié)構(gòu)體長(zhǎng)度固定，為 14 字節(jié)，其定義和描述如下： typedef struct tagBITMAPFILEHEADER{ WORD bfType。 DWORD bfSize。 WORD bfReserved1。 WORD bfReserved2。 DWORD bfOffBits。 }BITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER； 各個(gè)域的說(shuō)明如下： 12 bfType：指定 文件類型，必須是 0x424D，即字符串“ BM”，也就是說(shuō)所有“ .bmp”文件的頭兩個(gè)字節(jié)都是“ BM”。 bfSize：指定文件大小，包括這 14 個(gè)字。 bfReserved1， bfReserved2：為保留字，不用考慮。 bfOffBits：為從文件頭到實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)的偏移字節(jié)數(shù)，即下圖中前三個(gè)部分的和。 2．位圖信息頭 BITMAPINFOHEADER 結(jié)構(gòu) BITMAPINFOHEADER 結(jié)構(gòu)體包含了設(shè)備無(wú)關(guān)位圖關(guān)于顏色維度和色彩格式的信息，其定義和描述如下： typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ DWORD biSize； LONG biWidth； LONG biHeight； WORD biPlanes； WORD biBitCount； DWORD biCompression； DWORD biSizeImage； LONG biXPelsPerMeter； LONG biYPelsPerMeter； DWORD biClrUsed； DWORD biClrImportant； }BITMAPINFOHEADER， *PBITMAPINFOHEADER 該結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度也是固定的，為 40 個(gè)字節(jié)。各個(gè)域的說(shuō)明如下： biSize：指定這個(gè)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度，為 40字節(jié)。 biWidth：指定圖像的寬度，單位是像素。 biHeight：指定圖像的高度，單位是像素。 biPlanes：必須是 1，不用考慮。 biBitCount：指定表示顏色時(shí)要用到的位數(shù)，常用的值為 1（黑白二色圖）、 4（ 16 13 色圖）、 8（ 256 色）、 24（真彩色），新的“ .bmp”格式支持 32 位色，這里就不做討論了。 biCompression：指定位圖是否壓縮，有效的值為 BIRGB， BIRLE8， BIRLE4，BIBITFIELDS（都是 Windows 定義好的常量）。要說(shuō)明的是， Windows 位圖可以采用 RLE4 和 RLE8 的壓縮格式，但用的不多。今后所討論的只有第一種不壓縮的情況，即 biCompression 為 BIRGB 的情況。 biSizeImage：指定實(shí)際的位圖數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)。 biXPelsPerMeter：指定目標(biāo)設(shè)備的水平分辨率，單位是像素 /米。 biYPelsPerMeter：指定目標(biāo)設(shè)備的垂直分辨率，單位 是像素 /米。 biClrUsed：指定本圖像實(shí)際用到的顏色數(shù)，如果該項(xiàng)為 0，則用到的顏色數(shù)為2的 biCompression 次冪。 biClrImportant：指定本圖像中重要的顏色數(shù)，如果該值為 0，則認(rèn)為所有的顏色都是重要的。 3．調(diào)色板結(jié)構(gòu) 有些位圖需要調(diào)色板，有些位圖，如真彩色圖，不需要調(diào)色板，它們的BITMAPINFOHEADER 后面直接是位圖數(shù)據(jù)。 調(diào)色板實(shí)際上是一個(gè)數(shù)組，共有 biClrUsed 個(gè)元素（如果該值為 0，則有 2 的biBitCount 次冪個(gè)元素）。數(shù)組中每個(gè)元素的類型是一個(gè) RGBQUAD 結(jié)構(gòu)，占 4 個(gè)字節(jié)，其定義如下： typedef struct tagRGBQUAD BYTE rgbBlue。 BYTE rgbGreen。 BYTE rgbRed。