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多媒体实验VisualStudio图像显示与处理对图像进行二值化、求边缘、增强等处理.zip-讲义文档类资源-CSDN文库
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 BM
? ??DWORD?? bfSize; ?????????????? // size (bytes) of the bitmap file
? ??WORD??? 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 structure
LONG biWidth; LONG biHeight;
WORD biPlanes; ?????????????????? // number of planes, must be 1
WORD biBitCount; ?????????????? // number of bits-per-pixel
DWORD biCompression;??????? // BI_RGB: uncompressed
DWORD biSizeImage; ????????? // size(bytes) of image, set to 0 for BI_RGB bitmaps
LONG biXPelsPerMeter;??????? // horizontal resolution
LONG biYPelsPerMeter;??????? // vertical resolution
DWORD 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。
2、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。
3、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：BMP格式_百度百科。
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。
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的边缘强度，通过综合而这可以得到整体边缘强度。
| -1 | 0 | 1 |
| -2 | 0（中心） | 2 |
| -1 | 0 | 1 |
| -1 | -2 | -1 |
| 0 | 0（中心） | 0 |
| 1 | 2 | 1 |
图像增强：
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、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。
五、实验截图
1.实现BMP文件的读取。如下图二是对8位BMP文件的读取以及显示。图三是对24位BMP文件的读取以及显示。
图二 8位BMP文件的读取以及显示
?
图三 24位BMP文件的读取以及显示
2．对于8位灰度图像，进行二值化和图像增强得到的结果如图四和图五。
?
图四 二值化后的8位灰度图像
?图五 图像增强后的8位灰度图像
?
六、思考题
- BMP文件中有哪些重要的参数，分别表示什么意义？
- 你还熟悉哪些图像文件格式，它们各有何特点？
- 谈谈你所了解到的图像处理都有哪些具体应用。
- 在图像处理中，哪种算法需要首先将图像数据备份，然后才好进行处理？为什么？
1.BMP文件格式，又称为Bitmap (位图)或是DIB(Device-Independent Device, 设备无关位图)，是Windows系统中广泛使用的图像文件格式。由于它可以不作任何变换地保存图像像素域的数据，因此成为我们取得RAW数据的重要来源。BMP文件的数据按照从文件头开始的先后顺序分为四个部分:①bmp文件头(bmp file header): 提供文件的格式、大小等信息。②位图信息头(bitmap information): 提供图像数据的尺寸、位平面数、压缩方式、颜色索引等信息。③调色板(color palette): 可选，如使用索引来表示图像，调色板就是索引与其对应的颜色的映射表。④位图数据(bitmap data): 就是图像数据。
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。
- 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。
- PCX格式：PCX格式是ZSOFT公司在开发图像处理软件Paintbrush时开发的一-种格式，存储格式从1位到24位，它是经过压缩的格式，占用磁盘空间较少。由于该格式出现的时间较长，并且具有压缩及全彩色的能力，所以PCX 格式现在仍是十分流行。
- PSD格式(Photoshop 格式)：Adobe公司开发的图像处理软件Photoshop中自建的标准文件格式就是PSD格式，在该软件所支持的各种格式中，PSD 格式存取速度比其它格式快很多，功能也很强大。由于Photoshop软件越来越广泛地应用，所以这个格式也逐步流行起来。PSD格式是Photoshop的专用格式，里面可以存放图层、通道、遮罩等多种设计草稿。
3.
-
- 通信工程方面：当前通信的主要发展方向是声音、文字、图像和数据结合的多媒体通信。具体地讲是将电话、电视和计算机以三网合- - -的方式在数字通信网上传输。其中以图像通信最为复杂和困难，因图像的数据量十分巨大，如传送彩色电视信号的速率达100Mbit/s以上。要将这样高速率的数据实时传送出去，必须采用编码技术来压缩信息的比特量。在- -定意义上讲，编码压缩是这些技术成败的关键。除了已应用较广泛的熵编码、DPCM编码、变换编码外，目前国内外正在大力开发研究新的编码方法，如分行编码、自适应网络编码、小波变换图像压缩编码等
- 文化艺术方面：目前这类应用有电视画面的数字编辑，动画的制作，电子图像游戏，纺织工艺品设计，服装设计与制作，发型设计，文物资料照片的复制和修复，运动员动作分析和评分等等，现在已逐渐形成- -门新的艺术--计算机美术。
- 生物医学工程方面：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。除了上面介绍的CT技术之外，还有一-类是对医用显微图像的处理分析，如红细胞、白细胞分类，染色体分析，癌细胞识别等。此外，在X光肺部图像增晰、超声波图像处理、心电图分析、立体定向放射治疗等医学诊断方面都广泛地应用图像处理技术。
4.在图像处理中，灰度线性变换算法需要首先将图像数据备份，然后才好进行处理，因为数据存储方式不同。
七、实验总结
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