数字图像处理实验指导书Word下载.docx
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bfReserved1，bfReserved2
为保留字，不用考虑
bfOffBits
为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数，即图中前三个部分的长度之和。
第二部分为位图信息头BITMAPINFOHEADER，也是一个结构，其定义如下：
typedefstructtagBITMAPINFOHEADER{
DWORDbiSize;
LONGbiWidth;
LONGbiHeight;
WORDbiPlanes;
WORDbiBitCount
DWORDbiCompression;
DWORDbiSizeImage;
LONGbiXPelsPerMeter;
LONGbiYPelsPerMeter;
DWORDbiClrUsed;
DWORDbiClrImportant;
}BITMAPINFOHEADER;
这个结构的长度是固定的，为40个字节（WORD为无符号16位整数，DWORD无符
号32位整数,LONG为32位整数），各个域的说明如下：
biSize
指定这个结构的长度，为40
biWidth
指定图象的宽度，单位是象素
biHeight
指定图象的高度，单位是象素
biPlanes
必须是1，不用考虑
biBitCount
指定表示颜色时要用到的位数，常用的值为1（黑白二色图）,4（16色图）,8（256色）,24（真彩色图）。
biCompression
指定位图是否压缩，有效的值为BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS（都是一些Windows定义好的常量）。
要说明的是，Windows位图可以采用RLE4，和RLE8的压缩格式，但用的不多。
我们今后所讨论的只有第一种不压缩的情况，即biCompression为BI_RGB的情况。
biSizeImage
指定实际的位图数据占用的字节数，其实也可以从以下的公式中计算出来：
biSizeImage=biWidth'
*biHeight
要注意的是：
上述公式中的biWidth必须是4的整倍数（所以不是biWidth，而是biWidth'
，表示大于或等于biWidth的，离4最近的整倍数。
举个例子，如果biWidth=240，则biWidth'
=240；
如果biWidth=241，biWidth'
=244）如果biCompression为BI_RGB，则该项可能为零
biXPelsPerMeter
指定目标设备的水平分辨率，单位是每米的象素个数，关于分辨率的概念，我们将在打印部分详细介绍。
biYPelsPerMeter
指定目标设备的垂直分辨率，单位同上。
biClrUsed
指定本图象实际用到的颜色数，如果该值为零，则用到的颜色数为2的biBitCount次方。
biClrImportant
指定本图象中重要的颜色数，如果该值为零，则认为所有的颜色都是重要的。
第三部分为调色板（Palette），当然，这里是对那些需要调色板的位图文件而言的。
有些位图，如真彩色图，前面已经讲过，是不需要调色板的，BITMAPINFOHEADER后直接是位图数据。
调色板实际上是一个数组，共有biClrUsed个元素（如果该值为零，则有2的biBitCount次方个元素）。
数组中每个元素的类型是一个RGBQUAD结构，占4个字节，其定义如下：
typedefstructtagRGBQUAD{
BYTErgbBlue;
//该颜色的蓝色分量
BYTErgbGreen;
//该颜色的绿色分量
BYTErgbRed;
//该颜色的红色分量
BYTErgbReserved;
//保留值
}RGBQUAD;
第四部分就是实际的图象数据了。
对于用到调色板的位图，图象数据就是该像素颜在调色板中的索引值，对于真彩色图，图象数据就是实际的R,G,B值。
下面就2色，16色，256色位图和真彩色位图分别介绍。
对于2色位图，用1位就可以表示该像素的颜色（一般0表示黑，1表示白），所以一个字节可以表示8个像素。
对于16色位图，用4位可以表示一个像素的颜色，所以一个字节可以表示2个像素。
对于256色位图，一个字节刚好可以表示1个像素。
对于真彩色图，三个字节才能表示1个像素。
要注意两点：
（1）．每一行的字节数必须是4的整倍数，如果不是，则需要补齐。
这在前面介绍biSizeImage时已经提到了。
（2）．一般来说，.BMP文件的数据从下到上，从左到右的。
也就是说，从文件中最先读到的是图象最下面一行的左边第一个像素，然后是左边第二个像素…接下来是倒数第二行左边第一个像素，左边第二个像素…依次类推，最后得到的是最上面一行的最右一个像素。
2显示一个bmp文件的C程序
下面的函数LoadBmpFile，其功能是从一个.bmp文件中读取数据（包括BITMAPINFOHEADER，调色板和实际图象数据）将其存储在一个全局内存句柄hImgData中，这个hImgData将在以后的图象处理程序中用到。
同时填写一个类型为HBITMAP的全局变量hBitmap和一个类型为HPALETTE的全局变量hPalette。
这两个变量将在处理WM_PAINT消息时用到，用来显示出位图。
该函数的两个参数分别是用来显示位图的窗口句柄，和.bmp文件名（全路径），当函数成功时，返回TRUE，否则返回FALSE
BITMAPFILEHEADERbf;
BITMAPINFOHEADERbi;
BOOLLoadBmpFile（HWNDhWnd,char*BmpFileName）
{
HFILEhf;
//文件句柄
LPBITMAPINFOHEADERlpImgData;
//指向BITMAPINFOHEADER结构的指针
LOGPALETTE*pPal;
//指向逻辑调色板结构的指针
LPRGBQUADlpRGB;
//指向RGBQUAD结构的指针
HPALETTEhPrevPalette;
//用来保存设备中原来的调色板
HDChDc;
//设备句柄
HLOCALhPal;
//存储调色板的局部内存句柄
DWORDLineBytes;
//每一行的字节数
DWORDImgSize;
//实际的图象数据占用的字节数
DWORDNumColors;
//实际用到的颜色数，即调色板数组中的颜色个数
DWORDi;
if（（hf=_lopen（BmpFileName,OF_READ））==HFILE_ERROR）{
MessageBox（hWnd,"
Filec:
\\test.bmpnotfound!
"
"
ErrorMessage"
MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION）;
returnFALSE;
//打开文件错误，返回
}
//将BITMAPFILEHEADER结构从文件中读出，填写到bf中
_lread（hf,（LPSTR）&
bf,sizeof（BITMAPFILEHEADER））;
//将BITMAPINFOHEADER结构从文件中读出，填写到bi中
bi,sizeof（BITMAPINFOHEADER））;
/*我们定义了一个宏#defineWIDTHBYTES（i）（（i+31）/32*4）,上面曾经提到过，每一行的字节数必须是4的整倍数，只要调用WIDTHBYTES（bi.biWidth*bi.biBitCount）就能完成这一换算.举一个例子，对于2色图，如果图象宽是31，则每一行需要31位存储，合3个字节加7位，因为字节数必须是4的整倍数，所以应该是4，而此时的biWidth=31,biBitCount=1,WIDTHBYTES（31*1）=4，和我们设想的一样。
再举一个256色的例子，如果图象宽是31，则每一行需要31个字节存储，因为字节数必须是4的整倍数，所以应该是32，而此时的biWidth=31,biBitCount=8,WIDTHBYTES（31*8）=32，和我们设想的一样。
你可以多举几个例子来验证一下*/
//LineBytes为每一行的字节数
LineBytes=（DWORD）WIDTHBYTES（bi.biWidth*bi.biBitCount）;
//ImgSize为实际的图象数据占用的字节数
ImgSize=（DWORD）LineBytes*bi.biHeight;
//NumColors为实际用到的颜色数，即调色板数组中的颜色个数
if（bi.biClrUsed!
=0）
NumColors=（DWORD）bi.biClrUsed;
//如果bi.biClrUsed不为零，就是本图象实际
//用到的颜色数
else//否则，用到的颜色数为2的biBitCount次方。
switch（bi.biBitCount）{
case1:
NumColors=2;
break;
case4:
NumColors=16;
break;
case8:
NumColors=256;
case24:
NumColors=0;
//对于真彩色图，没用到调色板
default:
//不处理其它的颜色数，认为出错。
MessageBox（hWnd,"
Invalidcolornumbers!
_lclose（hf）;
//关闭文件，返回FALSE
if（bf.bfOffBits!
=（DWORD）（NumColors*sizeof（RGBQUAD）+sizeof（BITMAPFILEHEADER）
+sizeof（BITMAPINFOHEADER）））
//计算出的偏移量与实际偏移量不符，一定是颜色数出错
MessageBox（hWnd,"
bf.bfSize=sizeof（BITMAPFILEHEADER）+sizeof（BITMAPINFOHEADER）+NumColors
*sizeof（RGBQUAD）+ImgSize;
//分配内存，大小为BITMAPINFOHEADER结构长度加调色板+实际位图数据
if（（hImgData=GlobalAlloc（GHND,（DWORD）（sizeof（BITMAPINFOHEADER）+
NumColors*sizeof（RGBQUAD）+ImgSize）））==NULL）
//分配内存错误
MessageBox（hWnd,"
Errorallocmemory!
//指针lpImgData指向该内存区
lpImgData=（LPBITMAPINFOHEADER）GlobalLock（hImgData）;
//文件指针重新定位到BITMAPINFOHEADER开始处
_llseek（hf,sizeof（BITMAPFILEHEADER）,SEEK_SET）;
//将文件内容读入lpImgData
_hread（hf,（char*）lpImgData,（long）sizeof（BITMAPINFOHEADER）
+（long）NumColors*sizeof（RGBQUAD）+ImgSize）;
//关闭文件
if（NumColors!
=0）//NumColors不为零，说明用到了调色板
//为逻辑调色板分配局部内存，大小为逻辑调色板结构长度加NumColors个
//PALETTENTRY大小
hPal=LocalAlloc（LHND,sizeof（LOGPALETTE）+NumColors*sizeof（PALETTEENTRY））;
//指针pPal指向该内存区
pPal=（LOGPALETTE*）LocalLock（hPal）;
//填写逻辑调色板结构的头
pPal->
palNumEntries=NumColors;
palVersion=0x300;
//lpRGB指向的是调色板开始的位置
lpRGB=（LPRGBQUAD）（（LPSTR）lpImgData+（DWORD）sizeof（BITMAPINFOHEADER））;
//填写每一项
for（i=0;
i<
NumColors;
i++）
pPal->
palPalEntry[i].peRed=lpRGB->
rgbRed;
palPalEntry[i].peGreen=lpRGB->
rgbGreen;
palPalEntry[i].peBlue=lpRGB->
rgbBlue;
palPalEntry[i].peFlags=（BYTE）0;
lpRGB++;
//指针移到下一项
//产生逻辑调色板，hPalette是一个全局变量
hPalette=CreatePalette（pPal）;
//释放局部内存
LocalUnlock（hPal）;
LocalFree（hPal）;
//获得设备上下文句柄
hDc=GetDC（hWnd）;
if（hPalette）//如果刚才产生了逻辑调色板
//将新的逻辑调色板选入DC，将旧的逻辑调色板句柄保存在hPrevPalette
hPrevPalette=SelectPalette（hDc,hPalette,FALSE）;
RealizePalette（hDc）;
//产生位图句柄
hBitmap=CreateDIBitmap（hDc,（LPBITMAPINFOHEADER）lpImgData,（LONG）CBM_INIT,
（LPSTR）lpImgData+sizeof（BITMAPINFOHEADER）+NumColors*sizeof（RGBQUAD）,
（LPBITMAPINFO）lpImgData,DIB_RGB_COLORS）;
//将原来的调色板（如果有的话）选入设备上下文句柄
if（hPalette&
&
hPrevPalette）
SelectPalette（hDc,hPrevPalette,FALSE）;
ReleaseDC（hWnd,hDc）;
//释放设备上下文
GlobalUnlock（hImgData）;
//解锁内存区
ReturnTRUE;
//成功返回
上面的程序中，要说明的有两点：
第一，对于需要调色板的图，要想正确的显示，必须根据.bmp文件，产生逻辑调色板。
产生的方法是：
1.为逻辑调色板指针分配内存，大小为逻辑调色板结构（LOGPALETTE）长度加NumColors个PALETTENTRY大小。
（调色板的每一项都是一个PALETTEENTRY结构），2.填写逻辑调色板结构的头pPal->
3.从文件中读取调色板的RGB值，填写到每一项中。
4，产生逻辑调色板：
hPalette=CreatePalette（pPal）
第二，产生位图（BITMAP）句柄，该项工作由函数CreateDIBitmap来完成。
hBitmap=CreateDIBitmap（hDc,LPBITMAPINFOHEADER）lpImgData,（LONG）CBM_INIT,
CreateDIBitmap的作用是产生一个和Windows设备无关的位图。
该函数的第一项参数为设备上下文句柄，如果位图用到了调色板，要在调用CreateDIBitmap之前将逻辑调色板选入该设备上下文中，产生hBitmap后，再把原调色板选入该设备上下文中，并释放该上下文；
第二项为指向BITMAPINFOHEADER的指针；
第三项就用常量CBM_INI，不用考虑；
第四项为指向调色板的指针；
第五项为指向BITMAPINFO（包括BITMAPINFOHEADER,调色板,及实际的图象数据）的指针；
第六项就用常量DIB_RGB_COLORS，不用考虑。
上面提到了设备上下文，相信编过Windows程序的读者对它并不陌生，这里再简单的介绍一下。
Windows操作系统统一管理着诸如显示，打印等操作，将它们看作是一个个的设备，每一个设备都有一个复杂的数据结构来维护。
所谓设备上下文就是指这个数据结构。
然而，我们不能直接和这些设备上下文打交道，只能通过引用标识它的句柄（实际上是一个整数），让Windows去做相应的处理。
产生的逻辑调色板句柄hPalette和位图句柄hBitmap要在处理WM_PAINT消息时使用，这样才能在屏幕上显示出来，处理过程如下面的程序。
StaticHDChDC,hMemDC;
PAINTSTRUCTps;
caseWM_PAINT:
hDC=BeginPaint（hwnd,&
ps）;
//获得屏幕设备上下文
if（hBitmap）//hBitmap一开始是NULL，当不为NULL时表示有图
hMemDC=CreateCompatibleDC（hDC）;
//建立一个内存设备上下文
if（hPalette）//有调色板
//将调色板选入屏幕设备上下文
SelectPalette（hDC,hPalette,FALSE）;
//将调色板选入内存设备上下文
SelectPalette（hMemDC,hpalette,FALSE）;
RealizePalette（hDC）;
//将位图选入内存设备上下文
SelectObject（hMemDC,hBitmap）;
//显示位图
BitBlt（hDC,0,0,bi.biWidth,bi.biHeight,hMemDC,0,0,SRCCOPY）;
//释放内存设备上下文
DeleteDC（hMemDC）;
//释放屏幕设备上下文
EndPaint（hwnd,&
break;
在上面的程序中，我们调用CreateCompatibleDC创建一个内存设备上下文。
SelectObject函数将于设备无关的位图选入内存设备上下文中。
然后我们调用BitBlt函数在内存设备上下文和屏幕设备上下文中进行位拷贝。
由于所有操作都是在内存中进行，所以是最快的。
BitBlt函数的参数分别为：
1.目标设备上下文，在上面的程序里，为屏幕设备上下文，如果改成打印设备上下文，就不是显示位图，而是打印；
2.目标矩形左上角点x坐标；
3.目标矩形左上角点y坐标，在上面的程序中，2和3为（0，0），表示显示在窗口的左上角；
4.目标矩形的宽度；
5.目标矩形的高度；
6.源设备上下文，在上面的程序里，为内存设备上下文；
7.源矩形左上角点x坐标；
8.源矩形左上角点y坐标；
9.操作方式，在这里为SRCCOPY，表示直接将源矩形拷贝到目标矩形。
还可以是反色，擦除，做“与”运算等操作，具体细节见VC++帮助。
你可以试着改改第2，3，4，5，7，8，9项参数，就能体会到它们的含义了。
实验二直方图修正和彩色变换
6、掌握数字图像处理中直方图。
；
7、掌握直方图均衡化。
8、掌握灰度转换方法。
a）认真阅读和掌握本实验的程序。
b）上机运行本程序。
c）保存和打印出程序的运行结果，并结合程序进行分析。
1.灰度直方图统计（histogram）
图的灰度分布情况可以采用灰度直方图来表示，图中的横坐标表示灰度值，纵坐标表示该灰度值出现的次数（频率）。
如图所示。
灰度直方图
下面的程序显示一幅图的灰度直方图。
有两段程序，第一段统计出每个灰度的像素个数，存放在数组GrayTable[]中，然后产生一个新的窗口，把统计结果显示出来。
第二段程序就是该窗口的消息处理函数。
要注意的是，由于各灰度出现的频率可能相差很大，所以如何将结果显示在有限的窗口范围内，是一个必须考虑的问题。
我们这里的做法是，在所有出现的灰度中，统计出一个最大值max和一个最小值min，假设能显示的窗口最大坐标为270，最小坐标为5，按成比例显示，这样，灰度出现的次数和显示坐标之间呈线形关系，设a*grayhits+b=coordinate，其中grayhits为灰度出现的次数，coordinate为显示坐标，a和b为两个常数。
我们将max和min代入，应该满足a*max+b=270;
a*min+b=5
可以解得a=265/（max-min）;
b=270.0-a*max。
还有一点，不要忘了在WinMain函数中注册那个新产生窗口的窗口类。
intGrayTable[256];
intMaxGrayNum;
intMinGrayNum;
BOOLHistogram（HWNDhWn
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