【導(dǎo)讀】隨著時(shí)代的發(fā)展，科技的進(jìn)步，一些簡單的圖片已經(jīng)不能滿足人們的需求。各種圖像處理軟件也越來越完善，普及程度不斷的提高。本文用VisualC++作為開發(fā)工具，設(shè)計(jì)了一個(gè)BMP圖像處理軟件。測(cè)、直方圖以及馬賽克效果等等。論文首先分析了國內(nèi)外圖像處理軟件的現(xiàn)狀，規(guī)劃，進(jìn)而對(duì)每個(gè)模塊完成了詳細(xì)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，最后完成了測(cè)試工作。有一定的應(yīng)用價(jià)值。

　　

【正文】 同時(shí)，天才的 Windows 操作系統(tǒng)開發(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。 12 BMP 位圖 BMP 是英文 Bitmap（ 位圖 ） 的簡寫 ， 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 1 24 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)備無關(guān)位圖（ DIB）。本系統(tǒng)用的是設(shè)備無關(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。 圖 為位圖結(jié)構(gòu)圖。 圖 位圖文件結(jié)構(gòu)圖 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) 13 3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體框架設(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 Visual C++開發(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)的總體框架設(shè)計(jì)如下 圖 系統(tǒng)流程圖如下 14 圖 系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì) 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、保存操作。其功能模塊圖如圖 所示： 15 圖 文件操作模塊功能結(jié)構(gòu)圖 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。 其功能模塊圖如圖 所示： 圖 幾何變換模塊功能結(jié)構(gòu)圖 圖像的特效顯示就是利用人眼的視覺特性通過對(duì)圖像分塊然后以不同的次序顯示出來。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。其功能模塊圖如圖 所示： 圖 特效顯示模塊功能結(jié)構(gòu)圖 16 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。 其功能模塊圖如圖 所示： 圖 灰度變化模塊功能結(jié)構(gòu)圖 對(duì) BMP 圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)、輪廓提取操作。其功能模塊圖如圖 所示： 圖 分析變化模塊功能結(jié)構(gòu)圖 4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 17 4 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 文件結(jié)構(gòu) 文件組成 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)閺淖蟮接遥瑥南碌缴?，?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。 文件頭 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)。 信息頭 BMP 位圖信息頭數(shù)據(jù)用于說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 18 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 顏色表用于說明位圖中的顏色，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； 圖形數(shù)據(jù) 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 像文件中沒有顏色表。 一幅圖像可以定義為一個(gè)二維函數(shù) f(x， y)， f 為該點(diǎn) (x， y)的強(qiáng)度或灰度。假設(shè)對(duì)一幅圖像 f(x， y)取樣后，得到一幅有著 M 行和 N 列的圖像。稱這幅圖像的大小為 M N。坐標(biāo) (x， y)的值是離散量。為使符號(hào)表示清晰和方便，為這些離散坐標(biāo)使用整數(shù)值。 x 是從 1 到 M 的整數(shù)， y 是從 1 到 N 的整數(shù)。因此，一幅數(shù)字圖像在 matlab 中可以很自然地表示成矩陣： 19 CDib 類的設(shè)計(jì) BMP 文件是 Windows 操作系統(tǒng)所推薦和支持的圖像文件格式，是一種將內(nèi)存或顯示器的圖像數(shù)據(jù)不經(jīng)過壓縮而直接按位 存盤的文件格式。 Windows 系統(tǒng)使用的位圖常分為設(shè)備相關(guān)位圖（ DDB ）和設(shè)備無關(guān)位圖（ DIB ）兩種。其中DDB 依賴于具體的圖像輸出設(shè)備，它只能存在于視頻內(nèi)存或系統(tǒng)內(nèi)存中，其顏色模式必須與輸出設(shè)備相一致。因此我們不會(huì)把 DDB 圖像存儲(chǔ)成文件，而是更多地使用 DIB。 DIB 不依賴于具體輸出設(shè)備，與所有顯示設(shè)備兼容，因?yàn)?DIB的顏色模式與設(shè)備無關(guān)，而且它自帶顏色信息。 DIB 的設(shè)備無關(guān)性使得其可以被用來永久地保存圖像，因此 DIB 既可以保存在內(nèi)存中，也可以以文件形式保存在磁盤上。 DIB 通常以 BMP 為文件擴(kuò)展名 的形式保存在磁盤中的。 本系統(tǒng)是對(duì) DIB 格式的文件進(jìn)行處理， Windows 支持一些重要的 DIB 訪問函數(shù)，但都沒有封裝到 MFC 中，為了后面使用的方便以及對(duì)圖像數(shù)據(jù)的應(yīng)用，這里我們封裝了一個(gè) DIB 類 ， 其中包含 DIB 位圖處理所需要的基本成員變量和成員函數(shù)。以下是 CDib 類的頭文件： class CDib : public CObject { public: BITMAPINFO* DibInfo。 //位圖信息頭 protected: void* DibBits。 //指向位圖數(shù)據(jù)區(qū)的指針 CRect m_rectSelect。 //選擇區(qū)矩形 RGBTRIPLE* area。 //存放從圖像像素陣列中讀出的每個(gè)點(diǎn)的顏色值(稱為顏色陣列 ) public: CDib()。 CDib(CFileamp。 file)。 //從文件對(duì)像建立 DIB CDib(char* bmpfile)。 //從 BMP 文件建立 DIB CDib(CDib amp。Dib)。 //拷貝構(gòu)造函數(shù) virtual ~CDib()。 public: //圖像信息 DWORD Height()。 //得到位圖的高 ( 1 , 1 ) ( 1 , 2) ( 1 , 3 ) ... ( 1 , )( 2 , 1 ) ( 2 , 2) ( 2 , 3 ) ... ( 2 , ). . . . .. . . . .( , 1 ) ( , 2) ( , 3 ) ... ( , )f f f f Nf f f f Nff M f M f M f M N??????? （ ） 20 DWORD Width()。 //得到位圖的寬 bool GetDimension(CSize amp。size)。 //圖像尺寸 void* GetBits()。 //得到圖像像素陣列 long GetBodySize()。 //得到像素陣列的大小 int GetBitsPerPixel()。 //每個(gè)像素所需位數(shù) DWORD BytesPerLine()。 //得到一個(gè)單位位圖寬所占的字節(jié)數(shù) CPalette* GetPalette()。 //得到位圖調(diào)色板 int GetPaletteCount()。 //得到調(diào)色板的大小 void StatColor(int aColor[4][256])。 //統(tǒng)計(jì)顏色數(shù)組 CRect GetSelectRect()。 //得到選擇區(qū)矩形 BOOL SetSelectRect(CRect rect)。 //設(shè)置選擇區(qū)矩形 RGBTRIPLE Point(int i,int j)。 //從像素陣列中取出點(diǎn) (i,j)的顏色值，實(shí)際是從緩沖區(qū) area 中取點(diǎn) void AreaSet(int i,int j,unsigned char rr,unsigned char gg,unsigned char bb)。//設(shè)置點(diǎn) (i,j)的顏色值