【数字图像处理】C++读取、旋转和保存bmp图像文件编程实现
2011-07-26 10:15
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通过我这些天用C++读写bmp图像的经历,摸索再摸索,终于对bmp文件的结构、操作有了一定的了解,下面就大概介绍bmp图片纯C++的读取、旋转和保存的实现过程。
要用C++读取bmp图片文件,首先要弄清楚bmp格式图片文件的结构。可以参考这篇文章:/article/1641168.html
有几点需要注意的是:
在读取bmp图片的时候,一定要注意内存对齐的问题,譬如文件头,否则无法读取出正确结果。
关于图片的像素数据,每一行的像素的字节数必须是4的整数倍。如果不是,则需要补齐。一般来说,bmp图像文件的数据是从下到上,从左到右的。即从文件中最先读到的是图像最下面一行的左边第一个像素,然后是坐标第二个.....接下来是倒数第二行的第一个像素。
采用的编译环境是VS2008。
关于图像旋转,并不难。只需要搞清楚像素坐标变换公式就行。我以图像的中心点为坐标原点。先把像素在目标图像中的位置变化为坐标系中的位置,做旋转变换求出变换之前的在坐标系中的坐标,再变换为子啊图片中的位置。
公式:(x1,y1)是变换之前的坐标系中的坐标,(x2,y2)是变换之后的坐标系中的坐标。angle为逆时针旋转的角度数。
x1 = cos(angle)*x2-sin(angle)*y2;
y1 = sin(angle)*x2-cos(angle)*y2;
我的代码分为两个版本:灰度图的和彩色图的。
灰度图:
灰度图是只含亮度信息,不含彩色信息的图像。bmp格式文件中并没有灰度图这个概念,但是我们很容易地用bmp文件来表示灰度图。方法是用256色的调色板,只不过这个调色板有点特殊,每一项的RGB值都是相同的,从(0,0,0),(1,1,1),...,一直到(255,255,255)。这样,灰度图就可以用256色图来表示了。其图像数据就是调色板索引值,也就是实际的RGB的亮度值。另外因为是256色的调色板,所以图像数据中的一个字节代表一个像素。如果是彩色的256色图,图像处理后可能会产生不属于这256色的颜色,所以,图像处理一般采用灰度图。这也可以更好地将重点放在算法上。
下面是灰度图旋转代码,能处理任意尺寸的bmp灰度图,以及旋转任意角度(逆时针)。
代码包括两个文件:BmpRot.h和BmpRot.cpp
BmpRot.h:
数据测试:
旋转前和旋转后的对比(45度):
彩色图:
彩色图的处理和灰度图略有不一样。主要是像素数据不同。由于每行数据的字节数必须是4的整数倍,这个地方处理起来要比灰度图麻烦很多,多以暂时还 没做好。本程序的局限性就是只能处理尺寸是4的整数倍的图片,可以旋转任意角度(逆时针)。
参考代码:分两个文件:BmpRot.h和BmpRot.cpp
BmpRot.h:
BmpRot.cpp:
数据测试:
彩色图片旋转后色彩有点变化,不知道为什么???求指教~~~
要用C++读取bmp图片文件,首先要弄清楚bmp格式图片文件的结构。可以参考这篇文章:/article/1641168.html
有几点需要注意的是:
在读取bmp图片的时候,一定要注意内存对齐的问题,譬如文件头,否则无法读取出正确结果。
关于图片的像素数据,每一行的像素的字节数必须是4的整数倍。如果不是,则需要补齐。一般来说,bmp图像文件的数据是从下到上,从左到右的。即从文件中最先读到的是图像最下面一行的左边第一个像素,然后是坐标第二个.....接下来是倒数第二行的第一个像素。
采用的编译环境是VS2008。
关于图像旋转,并不难。只需要搞清楚像素坐标变换公式就行。我以图像的中心点为坐标原点。先把像素在目标图像中的位置变化为坐标系中的位置,做旋转变换求出变换之前的在坐标系中的坐标,再变换为子啊图片中的位置。
公式:(x1,y1)是变换之前的坐标系中的坐标,(x2,y2)是变换之后的坐标系中的坐标。angle为逆时针旋转的角度数。
x1 = cos(angle)*x2-sin(angle)*y2;
y1 = sin(angle)*x2-cos(angle)*y2;
我的代码分为两个版本:灰度图的和彩色图的。
灰度图:
灰度图是只含亮度信息,不含彩色信息的图像。bmp格式文件中并没有灰度图这个概念,但是我们很容易地用bmp文件来表示灰度图。方法是用256色的调色板,只不过这个调色板有点特殊,每一项的RGB值都是相同的,从(0,0,0),(1,1,1),...,一直到(255,255,255)。这样,灰度图就可以用256色图来表示了。其图像数据就是调色板索引值,也就是实际的RGB的亮度值。另外因为是256色的调色板,所以图像数据中的一个字节代表一个像素。如果是彩色的256色图,图像处理后可能会产生不属于这256色的颜色,所以,图像处理一般采用灰度图。这也可以更好地将重点放在算法上。
下面是灰度图旋转代码,能处理任意尺寸的bmp灰度图,以及旋转任意角度(逆时针)。
代码包括两个文件:BmpRot.h和BmpRot.cpp
BmpRot.h:
typedef unsigned char BYTE; typedef unsigned short WORD; typedef unsigned int DWORD; typedef long LONG; //位图文件头定义; //其中不包含文件类型信息(由于结构体的内存结构决定, //要是加了的话将不能正确读取文件信息) typedef struct tagBITMAPFILEHEADER{ //WORD bfType;//文件类型,必须是0x424D,即字符“BM” DWORD bfSize;//文件大小 WORD bfReserved1;//保留字 WORD bfReserved2;//保留字 DWORD bfOffBits;//从文件头到实际位图数据的偏移字节数 }BITMAPFILEHEADER; typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ DWORD biSize;//信息头大小 LONG biWidth;//图像宽度 LONG biHeight;//图像高度 WORD biPlanes;//位平面数,必须为1 WORD biBitCount;//每像素位数 DWORD biCompression; //压缩类型 DWORD biSizeImage; //压缩图像大小字节数 LONG biXPelsPerMeter; //水平分辨率 LONG biYPelsPerMeter; //垂直分辨率 DWORD biClrUsed; //位图实际用到的色彩数 DWORD biClrImportant; //本位图中重要的色彩数 }BITMAPINFOHEADER; //位图信息头定义 typedef struct tagRGBQUAD{ BYTE rgbBlue; //该颜色的蓝色分量 BYTE rgbGreen; //该颜色的绿色分量 BYTE rgbRed; //该颜色的红色分量 BYTE rgbReserved; //保留值 }RGBQUAD;//调色板定义 //像素信息 typedef struct tagIMAGEDATA { BYTE blue; //BYTE green; //BYTE red; }IMAGEDATA;BmpRot.cpp:
#include <stdio.h> #include "BmpRot.h" #include "stdlib.h" #include "math.h" #include <iostream> #define PI 3.14159//圆周率宏定义 #define LENGTH_NAME_BMP 30//bmp图片文件名的最大长度 using namespace std; //变量定义 BITMAPFILEHEADER strHead; RGBQUAD strPla[256];//256色调色板 BITMAPINFOHEADER strInfo; //显示位图文件头信息 void showBmpHead(BITMAPFILEHEADER pBmpHead){ cout<<"位图文件头:"<<endl; cout<<"文件大小:"<<pBmpHead.bfSize<<endl; cout<<"保留字_1:"<<pBmpHead.bfReserved1<<endl; cout<<"保留字_2:"<<pBmpHead.bfReserved2<<endl; cout<<"实际位图数据的偏移字节数:"<<pBmpHead.bfOffBits<<endl<<endl; } void showBmpInforHead(tagBITMAPINFOHEADER pBmpInforHead){ cout<<"位图信息头:"<<endl; cout<<"结构体的长度:"<<pBmpInforHead.biSize<<endl; cout<<"位图宽:"<<pBmpInforHead.biWidth<<endl; cout<<"位图高:"<<pBmpInforHead.biHeight<<endl; cout<<"biPlanes平面数:"<<pBmpInforHead.biPlanes<<endl; cout<<"biBitCount采用颜色位数:"<<pBmpInforHead.biBitCount<<endl; cout<<"压缩方式:"<<pBmpInforHead.biCompression<<endl; cout<<"biSizeImage实际位图数据占用的字节数:"<<pBmpInforHead.biSizeImage<<endl; cout<<"X方向分辨率:"<<pBmpInforHead.biXPelsPerMeter<<endl; cout<<"Y方向分辨率:"<<pBmpInforHead.biYPelsPerMeter<<endl; cout<<"使用的颜色数:"<<pBmpInforHead.biClrUsed<<endl; cout<<"重要颜色数:"<<pBmpInforHead.biClrImportant<<endl; } int main(){ char strFile[LENGTH_NAME_BMP];//bmp文件名 IMAGEDATA *imagedata = NULL;//动态分配存储原图片的像素信息的二维数组 IMAGEDATA *imagedataRot = NULL;//动态分配存储旋转后的图片的像素信息的二维数组 int width,height;//图片的宽度和高度 cout<<"请输入所要读取的文件名:"<<endl; cin>>strFile; FILE *fpi,*fpw; fpi=fopen(strFile,"rb"); if(fpi != NULL){ //先读取文件类型 WORD bfType; fread(&bfType,1,sizeof(WORD),fpi); if(0x4d42!=bfType) { cout<<"the file is not a bmp file!"<<endl; return NULL; } //读取bmp文件的文件头和信息头 fread(&strHead,1,sizeof(tagBITMAPFILEHEADER),fpi); //showBmpHead(strHead);//显示文件头 fread(&strInfo,1,sizeof(tagBITMAPINFOHEADER),fpi); //showBmpInforHead(strInfo);//显示文件信息头 //读取调色板 for(unsigned int nCounti=0;nCounti<strInfo.biClrUsed;nCounti++) { fread((char *)&(strPla[nCounti].rgbBlue),1,sizeof(BYTE),fpi); fread((char *)&(strPla[nCounti].rgbGreen),1,sizeof(BYTE),fpi); fread((char *)&(strPla[nCounti].rgbRed),1,sizeof(BYTE),fpi); fread((char *)&(strPla[nCounti].rgbReserved),1,sizeof(BYTE),fpi); } width = strInfo.biWidth; height = strInfo.biHeight; //图像每一行的字节数必须是4的整数倍 width = (width * sizeof(IMAGEDATA) + 3) / 4 * 4; //imagedata = (IMAGEDATA*)malloc(width * height * sizeof(IMAGEDATA)); imagedata = (IMAGEDATA*)malloc(width * height); imagedataRot = (IMAGEDATA*)malloc(2 * width * 2 * height * sizeof(IMAGEDATA)); //初始化原始图片的像素数组 for(int i = 0;i < height;++i) { for(int j = 0;j < width;++j) { (*(imagedata + i * width + j)).blue = 0; //(*(imagedata + i * width + j)).green = 0; //(*(imagedata + i * width + j)).red = 0; } } //初始化旋转后图片的像素数组 for(int i = 0;i < 2 * height;++i) { for(int j = 0;j < 2 * width;++j) { (*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).blue = 0; //(*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).green = 0; //(*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).red = 0; } } //fseek(fpi,54,SEEK_SET); //读出图片的像素数据 fread(imagedata,sizeof(struct tagIMAGEDATA) * width,height,fpi); fclose(fpi); } else { cout<<"file open error!"<<endl; return NULL; } //图片旋转处理 int RotateAngle;//要旋转的角度数 double angle;//要旋转的弧度数 int midX_pre,midY_pre,midX_aft,midY_aft;//旋转所围绕的中心点的坐标 midX_pre = width / 2; midY_pre = height / 2; midX_aft = width; midY_aft = height; int pre_i,pre_j,after_i,after_j;//旋转前后对应的像素点坐标 cout<<"输入要旋转的角度(0度到360度,逆时针旋转):"<<endl; cin>>RotateAngle; angle = 1.0 * RotateAngle * PI / 180; for(int i = 0;i < 2 * height;++i) { for(int j = 0;j < 2 * width;++j) { after_i = i - midX_aft;//坐标变换 after_j = j - midY_aft; pre_i = (int)(cos((double)angle) * after_i - sin((double)angle) * after_j) + midX_pre; pre_j = (int)(sin((double)angle) * after_i + cos((double)angle) * after_j) + midY_pre; if(pre_i >= 0 && pre_i < height && pre_j >= 0 && pre_j < width)//在原图范围内 *(imagedataRot + i * 2 * width + j) = *(imagedata + pre_i * width + pre_j); } } //保存bmp图片 if((fpw=fopen("b.bmp","wb"))==NULL) { cout<<"create the bmp file error!"<<endl; return NULL; } WORD bfType_w=0x4d42; fwrite(&bfType_w,1,sizeof(WORD),fpw); //fpw +=2; fwrite(&strHead,1,sizeof(tagBITMAPFILEHEADER),fpw); strInfo.biWidth = 2 * width; strInfo.biHeight = 2 * height; fwrite(&strInfo,1,sizeof(tagBITMAPINFOHEADER),fpw); //保存调色板数据 for(unsigned int nCounti=0;nCounti<strInfo.biClrUsed;nCounti++) { fwrite(&strPla[nCounti].rgbBlue,1,sizeof(BYTE),fpw); fwrite(&strPla[nCounti].rgbGreen,1,sizeof(BYTE),fpw); fwrite(&strPla[nCounti].rgbRed,1,sizeof(BYTE),fpw); fwrite(&strPla[nCounti].rgbReserved,1,sizeof(BYTE),fpw); } //保存像素数据 for(int i =0;i < 2 * height;++i) { for(int j = 0;j < 2 * width;++j) { fwrite( &((*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).blue),1,sizeof(BYTE),fpw); //fwrite( &((*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).green),1,sizeof(BYTE),fpw); //fwrite( &((*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).red),1,sizeof(BYTE),fpw); } } fclose(fpw); //释放内存 delete[] imagedata; delete[] imagedataRot; }
数据测试:
旋转前和旋转后的对比(45度):
彩色图:
彩色图的处理和灰度图略有不一样。主要是像素数据不同。由于每行数据的字节数必须是4的整数倍,这个地方处理起来要比灰度图麻烦很多,多以暂时还 没做好。本程序的局限性就是只能处理尺寸是4的整数倍的图片,可以旋转任意角度(逆时针)。
参考代码:分两个文件:BmpRot.h和BmpRot.cpp
BmpRot.h:
typedef unsigned char BYTE; typedef unsigned short WORD; typedef unsigned int DWORD; typedef long LONG; //位图文件头定义; //其中不包含文件类型信息(由于结构体的内存结构决定, //要是加了的话将不能正确读取文件信息) typedef struct tagBITMAPFILEHEADER{ //WORD bfType;//文件类型,必须是0x424D,即字符“BM” DWORD bfSize;//文件大小 WORD bfReserved1;//保留字 WORD bfReserved2;//保留字 DWORD bfOffBits;//从文件头到实际位图数据的偏移字节数 }BITMAPFILEHEADER; typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ DWORD biSize;//信息头大小 LONG biWidth;//图像宽度 LONG biHeight;//图像高度 WORD biPlanes;//位平面数,必须为1 WORD biBitCount;//每像素位数 DWORD biCompression; //压缩类型 DWORD biSizeImage; //压缩图像大小字节数 LONG biXPelsPerMeter; //水平分辨率 LONG biYPelsPerMeter; //垂直分辨率 DWORD biClrUsed; //位图实际用到的色彩数 DWORD biClrImportant; //本位图中重要的色彩数 }BITMAPINFOHEADER; //位图信息头定义 typedef struct tagRGBQUAD{ BYTE rgbBlue; //该颜色的蓝色分量 BYTE rgbGreen; //该颜色的绿色分量 BYTE rgbRed; //该颜色的红色分量 BYTE rgbReserved; //保留值 }RGBQUAD;//调色板定义 //像素信息 typedef struct tagIMAGEDATA { BYTE red; BYTE green; BYTE blue; }IMAGEDATA;
BmpRot.cpp:
#include <stdio.h> #include "BmpRot.h" #include "stdlib.h" #include "math.h" #include <iostream> #define PI 3.14159//圆周率宏定义 #define LENGTH_NAME_BMP 30//bmp图片文件名的最大长度 using namespace std; //变量定义 BITMAPFILEHEADER strHead; RGBQUAD strPla[256];//256色调色板 BITMAPINFOHEADER strInfo; //显示位图文件头信息 void showBmpHead(BITMAPFILEHEADER pBmpHead){ cout<<"位图文件头:"<<endl; cout<<"文件大小:"<<pBmpHead.bfSize<<endl; cout<<"保留字_1:"<<pBmpHead.bfReserved1<<endl; cout<<"保留字_2:"<<pBmpHead.bfReserved2<<endl; cout<<"实际位图数据的偏移字节数:"<<pBmpHead.bfOffBits<<endl<<endl; } void showBmpInforHead(tagBITMAPINFOHEADER pBmpInforHead){ cout<<"位图信息头:"<<endl; cout<<"结构体的长度:"<<pBmpInforHead.biSize<<endl; cout<<"位图宽:"<<pBmpInforHead.biWidth<<endl; cout<<"位图高:"<<pBmpInforHead.biHeight<<endl; cout<<"biPlanes平面数:"<<pBmpInforHead.biPlanes<<endl; cout<<"biBitCount采用颜色位数:"<<pBmpInforHead.biBitCount<<endl; cout<<"压缩方式:"<<pBmpInforHead.biCompression<<endl; cout<<"biSizeImage实际位图数据占用的字节数:"<<pBmpInforHead.biSizeImage<<endl; cout<<"X方向分辨率:"<<pBmpInforHead.biXPelsPerMeter<<endl; cout<<"Y方向分辨率:"<<pBmpInforHead.biYPelsPerMeter<<endl; cout<<"使用的颜色数:"<<pBmpInforHead.biClrUsed<<endl; cout<<"重要颜色数:"<<pBmpInforHead.biClrImportant<<endl; } int main(){ char strFile[LENGTH_NAME_BMP];//bmp文件名 IMAGEDATA *imagedata = NULL;//动态分配存储原图片的像素信息的二维数组 IMAGEDATA *imagedataRot = NULL;//动态分配存储旋转后的图片的像素信息的二维数组 int width,height;//图片的宽度和高度 cout<<"请输入所要读取的文件名:"<<endl; cin>>strFile; FILE *fpi,*fpw; fpi=fopen(strFile,"rb"); if(fpi != NULL){ //先读取文件类型 WORD bfType; fread(&bfType,1,sizeof(WORD),fpi); if(0x4d42!=bfType) { cout<<"the file is not a bmp file!"<<endl; return NULL; } //读取bmp文件的文件头和信息头 fread(&strHead,1,sizeof(tagBITMAPFILEHEADER),fpi); //showBmpHead(strHead);//显示文件头 fread(&strInfo,1,sizeof(tagBITMAPINFOHEADER),fpi); //showBmpInforHead(strInfo);//显示文件信息头 //读取调色板 for(unsigned int nCounti=0;nCounti<strInfo.biClrUsed;nCounti++) { //存储的时候,一般去掉保留字rgbReserved fread((char *)&strPla[nCounti].rgbBlue,1,sizeof(BYTE),fpi); fread((char *)&strPla[nCounti].rgbGreen,1,sizeof(BYTE),fpi); fread((char *)&strPla[nCounti].rgbRed,1,sizeof(BYTE),fpi); cout<<"strPla[nCounti].rgbBlue"<<strPla[nCounti].rgbBlue<<endl; cout<<"strPla[nCounti].rgbGreen"<<strPla[nCounti].rgbGreen<<endl; cout<<"strPla[nCounti].rgbRed"<<strPla[nCounti].rgbRed<<endl; } width = strInfo.biWidth; height = strInfo.biHeight; imagedata = (IMAGEDATA*)malloc(width * height * sizeof(IMAGEDATA)); imagedataRot = (IMAGEDATA*)malloc(2 * width * 2 * height * sizeof(IMAGEDATA)); //初始化原始图片的像素数组 for(int i = 0;i < height;++i) { for(int j = 0;j < width;++j) { (*(imagedata + i * width + j)).blue = 0; (*(imagedata + i * width + j)).green = 0; (*(imagedata + i * width + j)).red = 0; } } //初始化旋转后图片的像素数组 for(int i = 0;i < 2 * height;++i) { for(int j = 0;j < 2 * width;++j) { (*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).blue = 0; (*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).green = 0; (*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).red = 0; } } //fseek(fpi,54,SEEK_SET); //读出图片的像素数据 fread(imagedata,sizeof(struct tagIMAGEDATA) * width,height,fpi); /* for(int i = 0;i < height;++i) { fread(imagedata + i * width * sizeof(IMAGEDATA),sizeof(struct tagIMAGEDATA) * width,height,fpi); }*/ fclose(fpi); } else { cout<<"file open error!"<<endl; return NULL; } //图片旋转处理 int RotateAngle;//要旋转的角度数 double angle;//要旋转的弧度数 int midX_pre,midY_pre,midX_aft,midY_aft;//旋转所围绕的中心点的坐标 midX_pre = width / 2; midY_pre = height / 2; midX_aft = width; midY_aft = height; int pre_i,pre_j,after_i,after_j;//旋转前后对应的像素点坐标 cout<<"输入要旋转的角度(0度到360度,逆时针旋转):"<<endl; cin>>RotateAngle; angle = 1.0 * RotateAngle * PI / 180; for(int i = 0;i < 2 * height;++i) { for(int j = 0;j < 2 * width;++j) { after_i = i - midX_aft;//坐标变换 after_j = j - midY_aft; pre_i = (int)(cos((double)angle) * after_i - sin((double)angle) * after_j) + midX_pre; pre_j = (int)(sin((double)angle) * after_i + cos((double)angle) * after_j) + midY_pre; if(pre_i >= 0 && pre_i < height && pre_j >= 0 && pre_j < width)//在原图范围内 *(imagedataRot + i * 2 * width + j) = *(imagedata + pre_i * width + pre_j); } } //保存bmp图片 if((fpw=fopen("b.bmp","wb"))==NULL) { cout<<"create the bmp file error!"<<endl; return NULL; } WORD bfType_w=0x4d42; fwrite(&bfType_w,1,sizeof(WORD),fpw); //fpw +=2; fwrite(&strHead,1,sizeof(tagBITMAPFILEHEADER),fpw); strInfo.biWidth = 2 * width; strInfo.biHeight = 2 * height; fwrite(&strInfo,1,sizeof(tagBITMAPINFOHEADER),fpw); //保存调色板数据 for(unsigned int nCounti=0;nCounti<strInfo.biClrUsed;nCounti++) { fwrite(&strPla[nCounti].rgbBlue,1,sizeof(BYTE),fpw); fwrite(&strPla[nCounti].rgbGreen,1,sizeof(BYTE),fpw); fwrite(&strPla[nCounti].rgbRed,1,sizeof(BYTE),fpw); } //保存像素数据 for(int i =0;i < 2 * height;++i) { for(int j = 0;j < 2 * width;++j) { fwrite( &(*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).blue,1,sizeof(BYTE),fpw); fwrite( &(*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).green,1,sizeof(BYTE),fpw); fwrite( &(*(imagedataRot + i * 2 * width + j)).red,1,sizeof(BYTE),fpw); } } fclose(fpw); //释放内存 delete[] imagedata; delete[] imagedataRot; }
数据测试:
彩色图片旋转后色彩有点变化,不知道为什么???求指教~~~
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