多媒体技术实验3图像显示与处理教学内容

多媒体技术实验3图像显示与处理多媒体实验3--数字图像处理实验三图像显示与处理（2学时）一、实验目的1、掌握BMP文件格式，熟悉各参数和图像数据的存放方式；2、通过编程实现对图像内容的读取（到内存中）；3、完成图像的显示，掌握设备环境上下文（DC）的使用方式。

4、对图像进行二值化、求边缘、增强等简单处理。

二、实验仪器设备、工具及材料设备：多媒体计算机。

软件：Visual Studio 6.0及以上版本。

材料：灰度图像，24位真彩色图像（均为非压缩BMP格式）等。

三、实验知识准备1、BMP文件格式BMP是Bitmap（位图）的简写，是Windows操作系统中的标准图像文件格式。

Windows 3.0以前的BMP图文件格式与显示设备有关，称为设备相关位图DDB文件格式。

Windows 3.0以后的BMP图象文件与显示设备无关，因此称为设备无关位图DIB （device-independent bitmap）格式。

BMP文件由4部分组成：位图文件头（BITMAPFILEHEADER）、位图信息头（BITMAPINFOHEADER）、彩色表（RGBQUAD）和图像数据阵列。

对应的数据结构定义如下（来自MSDN）。

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {WORD bfType; // file type, must be BMDWORD bfSize; // size (bytes) of the bitmap fileWORD bfReserved1;WORD bfReserved2;DWORD bfOffBits; // offset (bytes) from this structure to the bitmap bits } BITMAPFILEHEADER;typedef struct tagBITMAPINFO {BITMAPINFOHEADER bmiHeader;RGBQUAD bmiColors[1];} BITMAPINFO, *PBITMAPINFO;typedef struct tagRGBQUAD {BYTE rgbBlue; BYTE rgbGreen;BYTE rgbRed; BYTE rgbReserved;} RGBQUAD;typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{DWORD biSize; // bytes required by the structureLONG biWidth; LONG biHeight;WORD biPlanes; // number of planes, must be 1WORD biBitCount; // number of bits-per-pixelDWORD biCompression; // BI_RGB: uncompressedDWORD biSizeImage; // size(bytes) of image, set to 0 for BI_RGB bitmapsLONG biXPelsPerMeter; // horizontal resolutionLONG biYPelsPerMeter; // vertical resolutionDWORD biClrUsed;DWORD biClrImportant;} BITMAPINFOHEADER;自然界所有颜色都可由红、绿、蓝（R，G，B）组合而成。

R/G/B各自分成256级，这种分级概念称为量化，这样就能表示256×256×256约1600万种颜色，这对于人眼来说已经足够丰富了。

对于颜色数远远少于1600万种的彩色图，可以用一个表：表中的每一行记录一种颜色的R、G、B值。

这样当我们表示一个象素的颜色时，只需要指出该颜色是在第几行，即该颜色在表中的索引值。

这张R、G、B的表，就是我们常说的调色板（Palette），另一种叫法是颜色查找表LUT(Look Up Table）。

用R、G、B颜色表示所有的颜色叫做真彩色图（true color）。

表示真彩色图时，每个象素直接用R、G、B三个分量字节表示，而不采用调色板技术。

真彩色图又叫做24位色图。

在Windows下，RGB颜色阵列存储的格式其实BGR。

而32位的RGB位图像素数据格式是：蓝色B值、绿色G值、红色R值、透明通道A值。

透明通道也称Alpha通道，该值是该像素点的透明属性，取值在0（全透明）到255（不透明）之间。

Step 1.12、BMP文件加载加载文件的目的是要得到图片属性及RGB数据，以便将其绘制在DC上。

首先，加载文件头：BITMAPFILEHEADER header;file.read((char*)&header,sizeof(header));然后，加载位图信息头：BITMAPINFOHEADER infoheader;file.read((char*)&infoheader,sizeof(infoheader));这里我们得到了3各重要的图形属性：宽，高，以及每个像素颜色所占用的位数。

接着，要考虑行对齐：由于Windows在进行行扫描的时候最小的单位为4个字节，所以当图片宽width乘以每个像素的字节数不是4的整数倍时，要在每行的后面补0。

需要通过下面的方法计算正确的数据长度：m_dwBytesPerLine = (((m_pBmpInfoHead->biWidth) + 3) >> 2) << 2; // 灰度m_dwBytesPerLine = (((m_pBmpInfoHead->biWidth*3) + 3) >> 2) << 2; // 24位真彩m_iImageDataSize = m_dwBytesPerLine * m_pBmpInfoHead->biHeight;最后，加载图片数据：对于24位和32位的位图文件，位图数据的偏移量为sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER）也就是说现在可以直接读取图像数据了。

m_pImageData = new unsigned char[m_iImageDataSize];file.read((char*) m_pPixelData, m_iImageDataSize );如果你足够细心，就会发现内存m_pPixelData里的数据的确是BGR格式，可以用个纯蓝色或者是纯红色的图片测试一下。

Step 1.23、BMP文件显示下面是一段GDI绘制代码（一般可在OnDraw函数中实现），仅作参考。

对于有调色板的图像：CPalette * pOldPal = pDC->SelectPalette( m_pPal, 1 );::SetStretchBltMode( pDC->m_hDC, COLORONCOLOR );::SetDIBitsToDevice( pDC->m_hDC, 0, 0, m_pBmpInfoHead->biWidth,m_pBmpInfoHead->biHeight, 0, 0, 0, m_pBmpInfoHead->biHeight,m_pPixelData, (LPBITMAPINFO)m_pBmpInfoHead, DIB_RGB_COLORS );pDC->SelectPalette( pOldPal, 1 );如果没有调色板：::SetStretchBltMode( pDC->m_hDC, COLORONCOLOR );::SetDIBitsToDevice( pDC->m_hDC, 0, 0, m_pBmpInfoHead->biWidth,m_pBmpInfoHead->biHeight, 0, 0, 0, m_pBmpInfoHead->biHeight,m_pPixelData, (LPBITMAPINFO)m_pBmpInfoHead, DIB_RGB_COLORS );更多关于BMP文件的细节，请参考：/view/189487.htm。

4、图像处理此处，我们仅对灰度图像进行简单的处理，可以在二值化、求边缘和图像增强之中选择一到两个进行尝试。

二值化：设定一个阈值（比如128），逐一检查每个像素的值，大于等于这个值的像素被设为255，小于这个阈值的像素被设为0。

就会出现一个二值化的结果。

Step 1.3求边缘：简单的求边缘算法是对图像中每个像素（最边缘的像素可不考虑）进行二维卷积运算，可以采用Sobel 算子进行尝试。

Sobel 算子有两个，分别可以计算水平方向和垂直方向-1 0 1-2 0（中心） 2 -1 0 1 图像像素灰度一般会集中在某个区域，导致视觉分辨率低下。

为此，可以考虑对该段区域进行拉伸。

比如，按照如下曲线（或折线）的映射关系，类似于非均匀采样，将某段的量化精度提高。

四、实验内容和步骤-1 -2 -10 0（中心）0 1 2 11、实现对BMP文件的读取，至少要实现8位、24位两种情况。

2、实现图像的显示，至少要实现8位、24位两种情况。

3、对于8位灰度图像，进行简单的图像处理，得到对应的结果。

实验结果五、思考题1.BMP文件中有哪些重要的参数，分别表示什么意义？2.你还熟悉哪些图像文件格式，它们各有何特点？3.谈谈你所了解到的图像处理都有哪些具体应用。

答：1.DIB位图包含下列的颜色和尺寸信息：* 原始设备（即创建图片的设备）的颜色格式。

* 原始设备的分辨率。

* 原始设备的调色板* 一个位数组，由红、绿、蓝（RGB）三个值代表一个像素。

* 一个数组压缩标志，用于表明数据的压缩方案（如果需要的话）。

2.1,BMP位图格式最典型的应用BMP格式的程序就是Windows的画笔。

文件不压缩，占用磁盘空间较大，它的颜色存储格式有 1位、4位、8位及24位，该格式是当今应用比较广泛的一种格式。

但缺点是该格式文件比较大，所以只能应用在单机上，不受网络欢迎。

2、GIF格式该图形格式却在Internet上被广泛地应用，原因主要是256种颜色已经较能满足主页图形需要，而且文件较小，适合网络环境传输和使用。

3、JPEG格式可以用不同的压缩比例对这种文件压缩，其压缩技术十分先进，对图像质量影响不大，因此可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量。

由于它优异的性能，所以应用非常广泛，而在Internet上，它更是主流图形格式。

3.数字图像处理在生物医学工程方面的应用十分广泛，而且很有成效。