2.2　灰度位圖圖像和彩色位圖圖像

2.1節(jié)簡單介紹了位圖的基本情況，如8位圖像和24位圖像等。本節(jié)介紹灰度和彩色位圖圖像。

一般出版物為了降低成本，都采用灰度圖像，也就是沒有彩色的圖像。那么，這種灰度圖像屬于8位圖像，還是24位圖像呢？具體在計算機中是如何表示的呢？這些問題參考位圖的結(jié)構(gòu)，如圖2.4所示。

在上述結(jié)構(gòu)定義中，三個結(jié)構(gòu)體分別定義如下。其中，BITMAPFILEHEADER為

其各個參數(shù)含義如下：

（1）bfType：位圖文件類型，必須是0x424D，即字符串"BM"，也就是說，所有的“*.bmp”文件的頭2字節(jié)都是"BM"。若磁盤損壞，則可以根據(jù)這個標志位恢復部分位圖數(shù)據(jù)。

（2）bfSize：位圖文件大小，包括14字節(jié)。

（3）bfReserved1,bfReserved2：Windows的保留字，暫不使用。

（4）bfOffBits：從文件頭到實際的位圖數(shù)據(jù)的偏移字節(jié)數(shù)。

BITMAPINFOHEADER定義為：

BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)體的各個參數(shù)的詳細說明如下：

（1）biSize：本結(jié)構(gòu)體的長度，為40 B。

（2）biWidth：位圖的寬度，以像素為單位。

（3）biHeight：位圖的高度，以像素為單位。

（4）biPlanes：目標設備的級別，必須是1。

（5）biBitCount：每個像素所占的位數(shù)（bit），其值必須為1（黑白圖像）、4（16色圖）、8（256色）、24（真彩色圖），新的BMP格式支持32位色。

（6）biCompression：位圖壓縮類型，有效值為BI_RGB（未經(jīng)壓縮）、BI_RLE8、BI_RLE4、BI_BITFILEDS（均為Windows定義常量）。這里只討論未經(jīng)壓縮的情況，即biCompression=BI_RGB。

（7）biSizeImage：實際的位圖數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)，該值的大小在第4部分位圖數(shù)據(jù)中有具體解釋。

（8）biXPelsPerMeter：指定目標設備的水平分辨率，單位是像素/米。

（9）biYPelsPerMeter：指定目標設備的垂直分辨率，單位是像素/米。

（10）biClrUsed：位圖實際用到的顏色數(shù)，若該值為零，則用到的顏色數(shù)為2的biBitCount次冪。

（11）biClrImportant：位圖顯示過程中重要的顏色數(shù)，若該值為零，則認為所有的顏色都是重要的。

而顏色表部分實際上由占4字節(jié)的RGBQUAD結(jié)構(gòu)體數(shù)組組成，該結(jié)構(gòu)體數(shù)組的長度由biClrUsed指定（若該值為零，則由biBitCount指定，即2的biBitCount次冪個元素）。RGBQUAD結(jié)構(gòu)體定義為：

其各個參數(shù)定義如下：

（1）rgbBlue：該種顏色的藍色分量值；

（2）rgbGreen：該種顏色的綠色分量值；

（3）rgbRed：該種顏色的紅色分量值；

（4）rgbReserved：保留值，有時可用來表示α通道值。

有些位圖需要顏色表，而有些位圖（如真彩色圖）不需要顏色表，顏色表的長度由BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)中的biBitCount分量決定。對于biBitCount值為1的二值圖像，每像素占 1bit，圖像中只有兩種（如黑白）顏色，顏色表也就有21=2個表項，整個顏色表的大小為2×sizeof（RGBQUAD）=2×4=8 B；對于biBitCount值為8的灰度圖像，每像素占8bit，圖像中有28=256種顏色，顏色表也就有256個表項，且每個表項的R、G、B分量都相等，整個顏色表的大小為256×4=2014 B；而對于大于256種顏色的彩色圖像，如biBitCount=24，由于每像素3 B中分別代表了R、G、B三個分量的值，此時不需要顏色表，因此真彩色圖的BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)體后面直接就是位圖數(shù)據(jù)。

注意，有的工程師在編寫自己的位圖類時，RGBQUAD中元素的順序可能會翻轉(zhuǎn)為R、G、B，而不是默認的B、G、R順序，此時會導致顯示器顯示的圖像顏色不正確。一旦出現(xiàn)該情況，可以根據(jù)實際情況，調(diào)試解決該問題。

第三部分是位圖數(shù)據(jù)，即圖像數(shù)據(jù)，其緊跟在文件頭、顏色表（若有顏色表）之后，記錄了圖像的每個像素值。對于有顏色表的位圖，位圖數(shù)據(jù)就是該像素顏色在顏色表中的索引值；對于真彩色圖，位圖數(shù)據(jù)就是實際的R、G、B值（三個分量的存儲順序是B、G、R）。

下面分別就2色、16色、256色和真彩色位圖的位圖數(shù)據(jù)進行說明。

對于2色位圖，用1位就可以表示該像素的顏色，所以1 B能存儲8個像素的顏色值。對于16色位圖，用4 bit可以表示1個像素的顏色，所以1B可以存儲2個像素的顏色值。對于256色位圖，1 B剛好存儲1個像素的顏色值。對于真彩色位圖，3 B才能表示1個像素的顏色值。但實際應用中需要注意以下特殊情況：

（1）Windows規(guī)定一個掃描行所占的字節(jié)數(shù)必須是4的倍數(shù)，若不足4的倍數(shù)則要對其進行擴充。假設圖像的寬為biWidth個像素，每個像素biBitCount位，其一個掃描行所占的真實字節(jié)數(shù)的計算公式為

DataSizePerLine=（biWidth×biBitCount /8+ 3）/ 4×4

那么，在不壓縮的情況下，位圖數(shù)據(jù)的大小（BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)中的biSizeImage成員）計算公式為

biSizeImage=DataSizePerLine×biHeight

但在實際編程實現(xiàn)時，往往會出現(xiàn)顯示的圖像是斜的，這一般是由于沒有按照4的整數(shù)倍對齊圖像數(shù)據(jù)造成的。顯然，若圖像每行字節(jié)數(shù)不是4的整數(shù)倍，則這時圖像每行最后都用多余的字節(jié)補成4的整數(shù)倍這個方法是沒用的，這些字節(jié)實際上可以用于邊信息通信，如信息隱藏等。

（2）一般程序中，BMP文件的數(shù)據(jù)是從圖像的左下角開始逐行掃描圖像的，即從下到上、從左到右來安排圖像的像素值，因此圖像坐標零點在圖像左下角。但有些工程師在編寫程序時并沒有按照這種規(guī)范，而只是簡單從上到下、從左到右排列像素值，這時會造成圖像倒立。例如，OpenCV中有專門的標志位來確認這種現(xiàn)象。