BMP格式

bmp是一种常见的未压缩图像格式，也是大多数图像处理入门课会用到的一种引路格式。具体的BMP图像格式解析请见：BMP图像格式详解

实验内容

反白图像
改变调色板的颜色值，看对图像的影响
将彩色图像变为灰度图像
将一灰度图像数据变为文本格式存入bmp.txt中，txt文件的一行对应图像文件的一行。将bmp.txt导入到excel中，并用至少三种可视化工具将其图形化显示。

老师已经给出了用于处理BMP格式的类的头文件以及部分函数实现代码(C/C++）。由于函数实现为老师的成果，所以我就不贴出代码了，不过我们可以一起分析一下头文件，看一看这个类有什么数据成员，能完成什么功能。

头文件分析

class BMPFILE {
	BYTE *Imagedata;					//位图数据域
public:
	int imagew, imageh;					//图片的宽度和高度
	int iYRGBnum;						//1：灰度，3：彩色
	RGBQUAD palette[256];				//调色板
	BYTE *pDataAt(int h, int Y0R0G1B2 = 0);	
	//指向图像第h行的位置，Y0R0G1B2表示：灰度(Y)=0，R=0，G=1，B=2
	BOOL AllocateMem();					//为图像分配内存
	BOOL LoadBMPFILE(const char *fname);//从硬盘加载图像
	BOOL SaveBMPFILE(const char *fname);//将图像保存至硬盘
	BMPFILE();							//构造函数，初始化
	~BMPFILE();							//析构函数
};

这里唯一需要解释的可能是pDataAt这个函数，尤其是形参中Y0R0G1B2这个让人摸不着头脑的命名。
首先说功能，这个函数的功能是获取第h行行首像素的位置，也就是求偏移量w=imagew*h，然后再用Imagedata+w去定位。
但是这里要补充一个点，那就是BMP数据在内存中的存储方式。我们知道，对24bit的彩图而言，在硬盘中每位像素会以BGR的格式排列，但这不意味着在内存中也是同样连续存储BGR的。相反，在内存中的真实状态是R、G、B被分别存储于3个矩阵中，因此我们要找到第h行的行首像素时，要分别找到其R、G、B的位置。因此实际偏移量应为：

w=imagew*h+Y0R0G1B2*imagew*imageh

第一部分：图像处理

我们把实验分为两部分，因为bmp2txt并用excel作图那部分卡了我很久，而前面那三个却很简单，我们就先说这简单的部分吧。

1、反白图像

这里所谓的反白其实就是反色，只是对于灰度图而言我们看到的效果是黑白颠倒。我们选用的颜色量级为0-255，因此反色就是用255减去当前的颜色。下面贴出部分代码（只给了大家灰度图的反白，如何做彩图的反色呢？留给读者自行解决）

void Reverse(BMPFILE &src,BMPFILE &des)	//反白函数
{
	for (int i = 0; i < src.imageh; i++)
		for (int j = 0; j < src.imagew; j++)
		{
			//反白图	
			des.pDataAt(i)[j] = 255 - src.pDataAt(i)[j];
		}
}

效果如下

原图：
反色效果：

2、改变调色板的数值

在没有要求的情况下，随意修改即可，内容没什么可讲的那我们就来说说调色板吧。

typedef struct tagRGBQUAD { 
  BYTE rgbBlue;
  BYTE rgbGreen;
  BYTE rgbRed;
  BYTE rgbReserved;
} RGBQUAD;

上面是RGBQUAD，也就是调色板所用的结构体的定义。可以看到每一个RGBQUAD中定义了蓝、绿、红和一个保留位。如果调色板中R=G=B，则显示的是灰度图；相反，如果RGB值各不相同，那么一共可以有256x256x256种颜色，不过注意，由于调色板是一个有256个RGBQUAD的数组，所以最终的图像最多也就256种颜色。对于rgbReserved这一项，stackoverflow上的这份问答大家可以读一下，相信你会有比较深刻的理解。What is rgbReserved?

3、彩图变灰图

彩图变灰图其实也没什么可说的，因为经过历代程序员的尝试我们已经有了非常完美的转换公式，Y=0.299R + 0.587G + 0.114B。我们的要求只是显示效果的彩转灰，如果真的是要变成灰度图，那么除了让像素颜色按照公式转换，我们还应该对信息头、文件头以及调色板作出修改，这里就不做了。

上个效果吧
原图：
lena
转灰效果图：
lena_gray

第二部分：bmp2txt

1、输出txt函数

说实话这个把bmp数据存入txt的题目要求让我疑惑了很久，很长一段时间~~大概一天~~我都在修改类似下面的代码：

bool bmp2txt(const char *cFilename)
{
	FILE *fin,*fout;
	fin=fopen(cFilename, "r+b");
	fout = fopen("bmp.txt", "w+");
	int rc;
	unsigned char buf[1024];
	fseek(fin, sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER), SEEK_SET);
	while ((rc = fread(buf, sizeof(unsigned char), 1, fin)) != 0)
	{
		fwrite(buf, sizeof(unsigned char), rc, fout);
	}
	fclose(fin);
	fclose(fout);
}

为什么卡那么久，主要是这个代码如果把w+改成w+b，再把fseek删掉，写出的二进制文件改成bmp图像是可以正常显示的。这样就让我一度认为方法是没问题的，细节上出错了。包括改为fprintf(fout,"%4d",buf)试图转换为10进制输出也没有解决问题（输出的是重复值，原因未明）。
终于，我决定重新读题，然后我发现了这句话“txt 文件的一行对应图像的一行，按图像显示的顺序存储。”
突然间我就悟了，下面这段正确代码很快就写出来了:

bool bmp2txt(const char *cFilename)	//将bmp数据转存入txt，路径为形参
{
	//将像素数据存入TXT文件。
	BMPFILE bmpfile;
	if (!bmpfile.LoadBMPFILE(cFilename))
		return false;
	FILE *outfile;
	if ((outfile = fopen("bmp.txt", "w+")) == NULL)
	{
		printf("ERROR\n");
		return false;
	}
	for (int i = 0; i < bmpfile.imageh; i++)	//按行写入
	{
		for (int j = 0; j < bmpfile.imagew; j++)
		{
			fprintf(outfile, "%4d", bmpfile.pDataAt(i)[j]);
		}
		fprintf(outfile, "\n");
	}
	fclose(outfile);
	return true;
}

这告诉我们还是要认真读题啊。。。

2、Excel作图

这里只给出我认为有意义的一种可视化，因为老师说他只是让我们看看数据在不同表现形式下的效果，理解“有数就有图”。但实际上直方图、折线图都完全没有意义，下面介绍下色阶表示。
我们首先将bmp.txt导入到excel中~~穷人只能用wps了呜呜呜~~，如图：
bmp.txt
之后全选（ctrl+a），然后在开始——条件格式——色阶，随意选一个之后缩放到最小，就能看到神奇的画面：
变成图片了！
当然这个灰度图的显示效果是自定义的，你只需要在其他规则中把最低值改为黑色，最高值改为白色即可。这个原理其实还是个调色板，按照数值的大小去显示介于最小值和最大值之间的一种颜色罢了。不过做出来的那一刻还是很有成就感的。