前言
1.实践操作。
1）用图画板或其他图像编辑软件(Photoshop/GIMP、cximage、IrfanView等)打开一个彩色图像文件，将其分别保存为 32位、16位彩色和256色、16色、单色的位图（BMP)文件，对比其文件大小，并计算分析这些图片在内存中的存储容量是多少？当保存为BMP文件时，将用文件头来记录图像的属性，请问：BMP文件头是多大？是什么格式？上述5个类型的BMP的文件头内容有什么差异？
2）将一幅彩色照片分别保存为BMP、JPG、GIF和PNG格式，对比它们的文件大小比，判断图像的压缩保存后的压缩比率。
2. 根据提供的资料完成以下图像处理编程任务：
1）用奇异值分解（SVD）对一张图片进行特征值提取（降维）处理；
2）采用图像的开闭运算(腐蚀-膨胀)，检测出2个样本图像中硬币、细胞的个数。
3) 采用图像梯度、开闭、轮廓运算等，对图片中的条形码进行定位提取；再调用条码库获得条码字符。
目录
1）用奇异值分解（SVD）对一张图片进行特征值提取（降维）处理
2）采用图像的开闭运算(腐蚀-膨胀)，检测出2个样本图像中硬币、细胞的个数
3) 采用图像梯度、开闭、轮廓运算等，对图片中的条形码进行定位提取；再调用条码库获得条码字符
一.实践操作
1.bmp不同位图
- 通过一些APP，如PS软件等，分别将该图片保存为 32位、16位彩色和256色、16色、单色的位图（BMP)文件。
得到以下图片 
?
2.用notepad打开
ren1.bmp：
?
ren16.bmp:
?
ren256.bmp:
3.位图大小计算
位图大小计算公式为；长×高×位深度
?
512* 512 *1 / 8 / 1024=32 (kb)
4.头文件的大小计算：
0~1 两个字节为文件类型，0x4d42为固定BM
2~5 四个字节为文件大小，0x184e，即6222
6~9 四个字节为保留字段，全0
a~d 四个字节为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数
12~15 四个字节表示图片宽度，0xdc为220
16~19 四个字节表示图片高度，0xdc为220
1a~1b 两个字节，恒定为0x1
1c~1d 两个字节表示像素占的比特，这里为0x1即两种颜色，16色为0x4即16种颜色，256色为0x8即256种颜色
1e~21 四个字节表示图片是否压缩，0x0表示不压缩
22~25 四个表示图像大小，0x1810为6160
26~29 四个字节表示水平分辨率
2a~2d 四个字节表示垂直分辨率
23~31 四个字节表示实际使用的颜色索引数
32~35 四个字节表示重要的颜色索引数
可以发现文件头一共占40个字节，为十六进制
?
3.对比MP、JPG、GIF和PNG格式文件大小比
将原图colorful的PNG文件分别转换为BMP，JPG，GIF
因为BMP不是压缩的，所以以它为基准计算压缩比GIF：大小193KB，压缩比81.1%JPG：大小68.8KB，压缩比93.2%PNG：大小423KB，压缩比58.6%
?
?二、图片处理编程
1）用奇异值分解（SVD）对一张图片进行特征值提取（降维）处理
代码
import numpy as np
import os
from PIL import Image
import matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib as mpl
from pprint import pprint
def restore1(sigma, u, v, K): # 奇异值、左特征向量、右特征向量
m = len(u)
n = len(v[0])
a = np.zeros((m, n))
for k in range(K):
uk = u[:, k].reshape(m, 1)
vk = v[k].reshape(1, n)
a += sigma[k] * np.dot(uk, vk)
a[a < 0] = 0
a[a > 255] = 255
# a = a.clip(0, 255)
return np.rint(a).astype('uint8')
def restore2(sigma, u, v, K): # 奇异值、左特征向量、右特征向量
m = len(u)
n = len(v[0])
a = np.zeros((m, n))
for k in range(K+1):
for i in range(m):
a[i] += sigma[k] * u[i][k] * v[k]
a[a < 0] = 0
a[a > 255] = 255
return np.rint(a).astype('uint8')
if __name__ == "__main__":
A = Image.open(".../tupian/24wei.jpg", 'r')
print(A)
output_path = r'.../tupian/SVD_Output'
if not os.path.exists(output_path):
os.mkdir(output_path)
a = np.array(A)
print(a.shape)
K = 50
u_r, sigma_r, v_r = np.linalg.svd(a[:, :, 0])
u_g, sigma_g, v_g = np.linalg.svd(a[:, :, 1])
u_b, sigma_b, v_b = np.linalg.svd(a[:, :, 2])
plt.figure(figsize=(11, 9), facecolor='w')
mpl.rcParams['font.sans-serif'] = ['simHei']
mpl.rcParams['axes.unicode_minus'] = False
for k in range(1, K+1):
print(k)
R = restore1(sigma_r, u_r, v_r, k)
G = restore1(sigma_g, u_g, v_g, k)
B = restore1(sigma_b, u_b, v_b, k)
I = np.stack((R, G, B), axis=2)
Image.fromarray(I).save('%s\\svd_%d.png' % (output_path, k))
if k <= 12:
plt.subplot(3, 4, k)
plt.imshow(I)
plt.axis('off')
plt.title('奇异值个数：%d' % k)
plt.suptitle('SVD与图像分解', fontsize=20)
plt.tight_layout()
# plt.subplots_adjust(top=0.9)
plt.show()
结果
?
2）采用图像的开闭运算(腐蚀-膨胀)，检测出2个样本图像中硬币、细胞的个数
代码
import cv2
import numpy as np
def stackImages(scale, imgArray):
rows = len(imgArray)
cols = len(imgArray[0])
rowsAvailable = isinstance(imgArray[0], list)
width = imgArray[0][0].shape[1]
height = imgArray[0][0].shape[0]
if rowsAvailable:
for x in range(0, rows):
for y in range(0, cols):
if imgArray[x][y].shape[:2] == imgArray[0][0].shape[:2]:
imgArray[x][y] = cv2.resize(imgArray[x][y], (0, 0), None, scale, scale)
else:
imgArray[x][y] = cv2.resize(imgArray[x][y], (imgArray[0][0].shape[1], imgArray[0][0].shape[0]),
None, scale, scale)
if len(imgArray[x][y].shape) == 2: imgArray[x][y] = cv2.cvtColor(imgArray[x][y], cv2.COLOR_GRAY2BGR)
imageBlank = np.zeros((height, width, 3), np.uint8)
hor = [imageBlank] * rows
hor_con = [imageBlank] * rows
for x in range(0, rows):
hor[x] = np.hstack(imgArray[x])
ver = np.vstack(hor)
else:
for x in range(0, rows):
if imgArray[x].shape[:2] == imgArray[0].shape[:2]:
imgArray[x] = cv2.resize(imgArray[x], (0, 0), None, scale, scale)
else:
imgArray[x] = cv2.resize(imgArray[x], (imgArray[0].shape[1], imgArray[0].shape[0]), None, scale, scale)
if len(imgArray[x].shape) == 2: imgArray[x] = cv2.cvtColor(imgArray[x], cv2.COLOR_GRAY2BGR)
hor = np.hstack(imgArray)
ver = hor
return ver
#读取图片
src = cv2.imread("img_1.png")
img = src.copy()
#灰度
img_1 = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
#二值化
ret, img_2 = cv2.threshold(img_1, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY_INV + cv2.THRESH_OTSU)
#腐蚀
kernel = np.ones((20, 20), int)
img_3 = cv2.erode(img_2, kernel, iterations=1)
#膨胀
kernel = np.ones((3, 3), int)
img_4 = cv2.dilate(img_3, kernel, iterations=1)
#找到硬币中心
contours, hierarchy = cv2.findContours(img_4, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_NONE)[-2:]
#标识硬币
cv2.drawContours(img, contours, -1, (0, 0, 255), 5)
#显示图片
cv2.putText(img, "count:{}".format(len(contours)), (0, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0), 3)
cv2.putText(src, "src", (0, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_1, "gray", (0, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_2, "thresh", (0, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_3, "erode", (0, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_4, "dilate", (0, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0), 3)
imgStack = stackImages(1, ([src, img_1, img_2], [img_3, img_4, img]))
cv2.imshow("imgStack", imgStack)
cv2.waitKey(0)
运行结果
?
3) 采用图像梯度、开闭、轮廓运算等，对图片中的条形码进行定位提取；再调用条码库获得条码字符
代码
import cv2
import numpy as np
import imutils
from pyzbar import pyzbar
def stackImages(scale, imgArray):
"""
将多张图像压入同一个窗口显示
:param scale:float类型，输出图像显示百分比，控制缩放比例，0.5=图像分辨率缩小一半
:param imgArray:元组嵌套列表，需要排列的图像矩阵
:return:输出图像
"""
rows = len(imgArray)
cols = len(imgArray[0])
rowsAvailable = isinstance(imgArray[0], list)
width = imgArray[0][0].shape[1]
height = imgArray[0][0].shape[0]
if rowsAvailable:
for x in range(0, rows):
for y in range(0, cols):
if imgArray[x][y].shape[:2] == imgArray[0][0].shape[:2]:
imgArray[x][y] = cv2.resize(imgArray[x][y], (0, 0), None, scale, scale)
else:
imgArray[x][y] = cv2.resize(imgArray[x][y], (imgArray[0][0].shape[1], imgArray[0][0].shape[0]),
None, scale, scale)
if len(imgArray[x][y].shape) == 2: imgArray[x][y] = cv2.cvtColor(imgArray[x][y], cv2.COLOR_GRAY2BGR)
imageBlank = np.zeros((height, width, 3), np.uint8)
hor = [imageBlank] * rows
hor_con = [imageBlank] * rows
for x in range(0, rows):
hor[x] = np.hstack(imgArray[x])
ver = np.vstack(hor)
else:
for x in range(0, rows):
if imgArray[x].shape[:2] == imgArray[0].shape[:2]:
imgArray[x] = cv2.resize(imgArray[x], (0, 0), None, scale, scale)
else:
imgArray[x] = cv2.resize(imgArray[x], (imgArray[0].shape[1], imgArray[0].shape[0]), None, scale, scale)
if len(imgArray[x].shape) == 2: imgArray[x] = cv2.cvtColor(imgArray[x], cv2.COLOR_GRAY2BGR)
hor = np.hstack(imgArray)
ver = hor
return ver
#读取图片
src = cv2.imread("D:/.../tiao.png")
img = src.copy()
#灰度
img_1 = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
#高斯滤波
img_2 = cv2.GaussianBlur(img_1, (5, 5), 1)
#Sobel算子
sobel_x = cv2.Sobel(img_2, cv2.CV_64F, 1, 0, ksize=3)
sobel_y = cv2.Sobel(img_2, cv2.CV_64F, 0, 1, ksize=3)
sobel_x = cv2.convertScaleAbs(sobel_x)
sobel_y = cv2.convertScaleAbs(sobel_y)
img_3 = cv2.addWeighted(sobel_x, 0.5, sobel_y, 0.5, 0)
#均值方波
img_4 = cv2.blur(img_3, (5, 5))
#二值化
ret, img_5 = cv2.threshold(img_4, 127, 255, cv2.THRESH_BINARY + cv2.THRESH_OTSU)
#闭运算
kernel = np.ones((100, 100), int)
img_6 = cv2.morphologyEx(img_5, cv2.MORPH_CLOSE, kernel)
#开运算
kernel = np.ones((200, 200), int)
img_7 = cv2.morphologyEx(img_6, cv2.MORPH_OPEN, kernel)
#绘制条形码区域
contours = cv2.findContours(img_7, cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE)
contours = imutils.grab_contours(contours)
c = sorted(contours, key = cv2.contourArea, reverse = True)[0]
rect = cv2.minAreaRect(c)
box = cv2.cv.BoxPoints(rect) if imutils.is_cv2() else cv2.boxPoints(rect)
box = np.int0(box)
cv2.drawContours(img, [box], -1, (0,255,0), 20)
#显示图片信息
cv2.putText(img, "results", (200, 200), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_1, "gray", (200, 200), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (0, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_2, "GaussianBlur",(200, 200), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (0, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_3, "Sobel", (200, 200), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_4, "blur", (200, 200), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_5, "threshold", (200, 200), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (255, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_6, "close", (200, 200), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (0, 0, 0), 3)
cv2.putText(img_7, "open", (200, 200), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1.0, (0, 0, 0), 3)
#输出条形码
barcodes = pyzbar.decode(src)
for barcode in barcodes:
barcodeData = barcode.data.decode("utf-8")
cv2.putText(img, barcodeData, (200, 600), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 5.0, (0, 255, 0), 30)
#图片，添加的文字，左上角坐标，字体，字体大小，颜色，字体粗细
#显示所有图片
imgStack = stackImages(0.8, ([img_1, img_2],[img_3,img_4],[img_5,img_6],[img_7,img]))
cv2.imshow("imgStack", imgStack)
cv2.waitKey(0)
结果
?
三.总结
了解位图知识，并用编程知识实现。
四.参考文献
图像基本处理——腐蚀和膨胀_Harriet的博客-CSDN博客_图像腐蚀