BMP文件及直方图均衡化处理

BMP文件格式

一、BMP简介

---

BMP（Bitmap-File）是一种与硬件设备无关的图像文件格式，由于它不采用压缩的方式，所以BMP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像位深可选1bit、4bit、8bit、24bit，文件存储的时候图像的扫描方式是从左到右，从下到上的顺序。接下来主要看看BMP文件的结构：

二、BMP文件的结构

---

BMP文件由文件头(BITMAPFILEHEADER)、位图信息头(BITMAPINFOHEADER)、调色板(Rgbquad)以及图像数据(BYTEDATA)。在C语言中，内置了结构体以说明BMP信息，具体如下面所示，但在说明具体信息之前我们必须得知道一些关键词的信息，有助于我们对之后
的读取BMP文件信息的操作：

关键词	实际表示	比特数	字节数
WORD	unsigned short	16	2
DWORD	unsigned long	32	4
LONG	long	32	4
BYTE	unsigned char	8	1

1. 文件头(BITMAPFILEHEADER)
   图像的文件头包括文件类型、文件大小、两个保留字以及关键的偏移量，具体如下结构体所示：

typedef struct BITMAPFILEHEADER
{
   
   
    WORD 	bfType;             //文件类型
    DWORD   bfSize;             //文件大小
    WORD    bfReserved1;        //保留字，必须为0
    WORD    bfReserved2;        //保留字，必须为0
    DWORD   bfOffBits;          //图像数据的起始位置以相对于文件头的偏移量表示，字节为单位
}BITMAPFILEHEADER;

如果你想通过C语言读取文件头的信息并输出，你可以在你打开的文件中这样操作：

	BITMAPFILEHEADER bmpFileHeader; //定义文件头
	fseek(fpbmp, 0L, SEEK_SET);//将文件指针移至开头
    fread(&bmpFileHeader, sizeof(BITMAPFILEHEADER), 1, fpbmp);
    //输出文件头信息
    printf("************************************************\n");  
    printf("*************tagBITMAPFILEHEADER info***********\n");  
    printf("************************************************\n");
    printf("bfType         is %d.\n", bmpFileHeader.bfType);  
    printf("bfSize         is %d.\n", bmpFileHeader.bfSize);  
    printf("bfReserved1    is %d.\n", bmpFileHeader.bfReserved1);  
    printf("bfReserved2    is %d.\n", bmpFileHeader.bfReserved2);  
    printf("bfOffBits      is %d.\n", bmpFileHeader.bfOffBits);

运行结果是这样的（一定要先打开文件并且写指针之类的，下面都是以256×256像素为例展开说明）：

在这里我想说的是这个 偏移量 真的是很重要的东西，在读取文件具体数据的时候，因为图像信息头以及调色板的长度会根据不同情况而变化，可根据偏移量迅速读取图像数据。关于图像数据将会在接下来的文章中进行说明。

2. 位图信息头(BITMAPINFOHEADER)
   位图信息头包括BMP图像的占用字节数、位宽、位高、目标设备级别、位深、压缩数据、大小、水平分辨率、垂直分辨率、实际使用调色板的颜色数、重要颜色数：

typedef struct BITMAPINFOHEADER
{
   
   
    DWORD   biSize;             //本结构占用的字节数 
    LONG    biWidth;            //位图的宽度，以像素为单位
    LONG    biHeight;           //位图的高度，以像素为单位
    WORD    biPlanes;           //目标设备的级别，必须为
    WORD    biBitCount;         //每个像素所需的位数
    DWORD   biCompression;      //位图压缩类型必须是0
    DWORD   biSizeImage;        //位图的大小，以字节为单位
    LONG    biXPelsPerMeter;    //位图水平分辨率，每米像素数
    LONG    biYPelsPerMeter;    //位图垂直分辨率，每米像素数
    DWORD   biClrUsed;          //位图实际使用调色板的颜色数
    DWORD   biClrImportant;     //位图显示过程中重要的颜色数/
}BITMAPINFOHEADER;

其中我想说明的是以下几点：

• 一张图的像素=biWidth×biHeight，这点在接下来的直方图处理中很关键，因为要定义一下内存的大小以及位图数据读取时的循环次数。
• 每个像素的位数，也就是我们常说的位深biBitCount，下面介绍一下1位、4位以及8位的情况：
  • 如果位深为1，则说明位图最多只有两种颜色；
  • 如果位深为4，则说明位图最多有16种颜色，每个像素用4位来表示，并用这4位作为彩色表的表项来查找该像素的颜色，比如说位图第一个字节是0x1F，表示有两个表项，第一像素的颜色就在调色板的第2表项就找，第二像素的颜色就在彩色表的第16表项中查找。此时调色板在缺省的情况下会有16个RGB，对应于索引0~15;
  • 如果位深是8，表示位图最多有256种颜色，每个像素用8位表示，我们在接下来的均衡中用的也是这种8位的图;

BY THE WAY，我们在接下来的均衡中，像我老师说的24位的图像不采用索引图像格式，没有调色板部分，像素数据直接用BGR值，导致我在读取其他位数(除了8位)时会出现数据错误，或者读到的是一些错误的数据。当然这些也都是图像数据的内容，我在这里也就先提前声明了

接下来我们看一下如何在C语言程序中调用信息头信息

BITMAPINFOHEADER bmpInfoHeader;
    fseek(fpbmp, 14L, SEEK_SET);   //将指针移至离开头14L处
    fread(&bmpInfoHeader, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, fpbmp); 
    //输出BMP文件头的详细信息
    printf("************************************************\n");  
    printf("*************tagBITMAPINFOHEADER info***********\n");  
    printf("************************************************\n");
    printf("biSize           is %d.\n", bmpInfoHeader.biSize);  
    printf("biWidth          is %d.\n", bmpInfoHeader.biWidth);  
    printf("biHeight         is %d.\n", bmpInfoHeader.biHeight);  
    printf("biPlanes         is %d.\n", bmpInfoHeader.biPlanes);  
    printf("biBitCount       is %d.\n", bmpInfoHeader.biBitCount);
    printf("biCompression    is %d.\n", bmpInfoHeader.biCompression);
    printf("biSizeImage      is %d.\n", bmpInfoHeader.biSizeImage);
    printf("biXPelsPerMeter  is %d.\n", bmpInfoHeader.biXPelsPerMeter);
    printf("biYPelsPerMeter  is %d.\n", bmpInfoHeader.biYPelsPerMeter);
    printf("biClrUsed        is %d.\n", bmpInfoHeader.biClrUsed);
    printf("biClrImportant   is %d.\n", bmpInfoHeader.biClrImportant); 

运行结果如下图所示：

3. 调色板(Rgbquad)
   调色板应予说明位图中的颜色，它有若干个表项，每一个表项是一个RGBQUAD类型的结构定义一种颜色，RGBQUAD结构数据的个数由位图信息头的biBitCount来确定，当biBitCount=1,4,8时，分别有2,16,256个表项，而biBitCount=24时没有彩色表项。

typedef struct RGBQUAD
{
   
   
    BYTE    rgbBlue;            //蓝色的亮度（0~255）
    BYTE    rgbGreen;           //绿色的亮度（0~255）
	BYTE    rgbRed;             //红色的亮度（0~255）
    BYTE    rgbReserved;        //保留，必须为0
}RGBQUAD;		

我们可以通过下面的操作读取调色板的数据：

	RGBQUAD bmpColorTable[256];
	fread(bmpColorTable, sizeof(RGBQUAD), 256, fpbmp);

4. 图像数据构成(BYTEDATA)
   位图数据按我的理解是一种索引号，为每个像素点在调色板中寻找出对应的颜色。在编程中喜欢把位图信息头和调色板合为位图信息：

typedef struct BITMAPINFO
{
   
   
    BITMAPINFOHEADER    bmiHeader;          //位图信息头
    RGBQUAD             bmiColors[256];       //彩色表
}BITMAPINFO;

在程序中我是这样调用的：

    fseek(fpbmp, bmpFileHeader.bfOffBits, SEEK_SET);//偏移量
    fread(bmpValue, total_xiangsu, 1, fpbmp);//total_xiangsu是总的像素数=位宽*位高      

位图数据极为重要，在接下来的直方图中我们将主要对位图数据进行处理。

三、读取数据的顺序

按照下面的流程图才能一步一步读取成功BMP文件的数据，这样BMP文件的所有信息才能读出来：