2011-5-9

2011-5-9
2011年05月09日
　　考虑到现有的数字图像处理都是基于Windows平台，都或多或少使用了Win32 API函数，不能移植到Linux或者嵌入式系统中。为了使程序可移植，采用标准C语言建立了数字图像处理的基本框架，如下图所示：
　　
　　
　　
　　程序参考了网上一些博客的内容，并进行了改变，建立了符合自己习惯的数据结构。主要实现了bmp格式图像的打开、保存、创建、图像颜色空间转换等功能，暂时还没有添加具体的处理函数。我想，既然有了程序的框架，添加算法只是编写一个个函数的问题。
　　本程序具体实现的功能如下：
　　* 打开和保存bmp文件，这里使用自定义数据结构Bitmap，相关函数定义如下：
　　bmp.h:
　　int CreateBitmap(Bitmap* bmp, int width, int height, int bitCount);
　　void ReleaseBitmap(Bitmap* bmp);
　　int CheckPath(char *path);
　　int ReadBitmap(char* path, Bitmap* bmp);
　　int SaveBitmap(char* path, Bitmap* bmp);
　　* 图像格式转换
　　basicprocess.h:
　　int RGB2Gray(Bitmap* src, Bitmap* dst);
　　int Gray2RGB(Bitmap* src, Bitmap* dst);
　　int Gray2BW(Bitmap* src, Bitmap* dst, int threshold);
　　void hsv2rgb(float H, float S, float V, float *R, float *G, float *B);
　　void rgb2hsv(float R, float G, float B, float *H, float *S, float* V);
　　程序源码如下，
　　1
　　19#ifndef BMP_H_INCLUDED
　　20#define BMP_H_INCLUDED
　　21
　　22#include
　　23#include
　　24#include
　　25#include
　　26#include
　　27
　　28
　　31typedef unsigned short WORD;
　　32typedef unsigned long DWORD;
　　33typedef long LONG;
　　34typedef unsigned char BYTE;
　　35
　　36
　　37typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
　　38    WORD bfType;
　　39    DWORD bfSize;
　　40    WORD bfReserved1;
　　41    WORD bfReserved2;
　　42    DWORD bfOffBits;
　　43} BITMAPFILEHEADER;
　　44
　　45
　　46typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {
　　47    DWORD biSize; // 结构长度 40B
　　48    LONG biWidth;
　　49    LONG biHeight;
　　50    WORD biPlanes; // 1
　　51    WORD biBitCount; // 表示颜色要用到的位数
　　52    DWORD biCompression; // 压缩格式
　　53    DWORD biSizeImage; // 位图占用字节数=biWidth'（4的整倍数）*biHeight
　　54    LONG biXPelsPerMeter; // 水平分辨率
　　55    LONG biYPelsPerMeter; // 垂直分辨率
　　56    DWORD biClrUsed; // 本图像用到的颜色数
　　57    DWORD biClrImportant; // 本图像的重要颜色数
　　58} BITMAPINFOHEADER;
　　59
　　60
　　61typedef struct tagRGBQUAD {
　　62    BYTE rgbBlue;
　　63    BYTE rgbGreen;
　　64    BYTE rgbRed;
　　65    BYTE rgbReserved;
　　66} RGBQUAD;
　　67
　　68
　　69typedef struct tagBITMAPINFO {
　　70    BITMAPINFOHEADER bmiHeader;
　　71    RGBQUAD bmiColors[1];
　　72} BITMAPINFO;
　　73
　　74
　　75typedef struct _Bitmap
　　76{
　　77    BITMAPFILEHEADER bmfh;
　　78    BITMAPINFOHEADER bmih;
　　79    int width;
　　80    int height;
　　81    int bitCount;    // 8 或者24
　　82    int imageSize;    // 图像数据大小(imageSize=height*widthStep）字节
　　83    BYTE* imageData;//排列的图像数据
　　84    int widthStep;    //排列的图像行大小
　　85}Bitmap;
　　86
　　87
　　94int CreateBitmap(Bitmap* bmp, int width, int height, int bitCount)
　　95{
　　96    bmp->width=width;
　　97    bmp->height=height;
　　98    bmp->bmih.biWidth=width;
　　99    bmp->bmih.biHeight=height;
　　100
　　101    bmp->widthStep=(int)((width*bitCount+31)/32)*4;        //计算排列的宽度
　　102    bmp->imageSize=bmp->height*bmp->widthStep*sizeof(BYTE);//计算排列的图像大小
　　103
　　104    if(bitCount==8)
　　105    {
　　106        bmp->bitCount=8;
　　107        bmp->bmfh.bfType=0x4d42;    //注意是4d42 这个地方折磨我一下午啊
　　108        bmp->bmfh.bfReserved1=0;
　　109        bmp->bmfh.bfReserved2=0;
　　110        bmp->bmih.biBitCount=8;
　　111        bmp->bmih.biSize=40;
　　112        bmp->bmih.biPlanes=1;
　　113        bmp->bmfh.bfSize=54+256*4+height*bmp->widthStep;
　　114        bmp->bmfh.bfOffBits=1078;
　　115        bmp->bmih.biBitCount=8;
　　116        bmp->bmih.biCompression=0;
　　117        bmp->bmih.biSizeImage=bmp->imageSize;
　　118        bmp->bmih.biClrUsed=0;
　　119        bmp->bmih.biClrImportant=0;
　　120        bmp->bmih.biXPelsPerMeter=0;
　　121        bmp->bmih.biYPelsPerMeter=0;
　　122    }
　　123    else if (bitCount==24)
　　124    {
　　125        bmp->bitCount=24;
　　126        bmp->bmfh.bfType=0x4d42;
　　127        bmp->bmih.biBitCount=24;
　　128        bmp->bmfh.bfReserved1=0;
　　129        bmp->bmfh.bfReserved2=0;
　　130        bmp->bmih.biSize=40;
　　131        bmp->bmih.biPlanes=1;
　　132        bmp->bmfh.bfSize=54+height*bmp->widthStep;
　　133        bmp->bmfh.bfOffBits=54;
　　134        bmp->bmih.biBitCount=24;
　　135        bmp->bmih.biSizeImage=bmp->imageSize;
　　136        bmp->bmih.biClrUsed=0;
　　137        bmp->bmih.biCompression=0;
　　138        bmp->bmih.biClrImportant=0;
　　139        bmp->bmih.biXPelsPerMeter=0;
　　140        bmp->bmih.biYPelsPerMeter=0;
　　141    }
　　142    else
　　143    {
　　144        printf("Error(CreateBitmap): only supported 8 or 24 bits bitmap.\n");
　　145        return -1;
　　146    }
　　147
　　148    bmp->imageData=(BYTE*)malloc(bmp->imageSize);        //分配数据空间
　　149    if(!(bmp->imageData))
　　150    {
　　151        printf("Error(CreateBitmap): can not allocate bitmap memory.\n");
　　152        return -1;
　　153    }
　　154    return 0;
　　155}
　　156
　　157
　　163void ReleaseBitmap(Bitmap* bmp)
　　164{
　　165    free(bmp->imageData);
　　166    bmp->imageData=NULL;
　　167    free(bmp);
　　168    bmp=NULL;
　　169}
　　170
　　171
　　178int CheckPath(char *path)
　　179{
　　180    FILE *fd;
　　181    int len = strlen(path) / sizeof(char);
　　182    char ext[3];
　　183    //check whether the path include the characters "bmp" at end
　　184    strncpy(ext, &path[len - 3], 3);
　　185    if (!(ext[0] == 'b' && ext[1] == 'm' && ext[2] == 'p')) {
　　186        printf("Error(CheckPath): the extension of the file is not bmp.\n");
　　187        return -1;
　　188    }
　　189
　　190    //check whether the file can be read or not
　　191    fd = fopen(path, "r");
　　192    if (!fd)
　　193    {
　　194        printf("Error(CheckPath): can not open the file.\n");
　　195        return -1;
　　196    }
　　197    fclose(fd);
　　198
　　199    return 0;
　　200}
　　201
　　202
　　210int ReadBitmap(char* path, Bitmap* bmp)
　　211{
　　212    int ret;
　　213    FILE *fd;
　　214
　　215    //检查路径是否可读
　　216    ret=CheckPath(path);
　　217    if(ret==-1)
　　218    {
　　219        printf("Error(ReadBitmap): the path of the image is invalid.\n");
　　220        return -1;
　　221    }
　　222
　　223    //打开文件
　　224    fd=fopen(path,"rb");
　　225    if(fd==0)
　　226    {
　　227        printf("Error(ReadBitmap): can not open the image.\n");
　　228        return -1;
　　229    }
　　230
　　231    //读取文件信息头     14字节
　　232    fread(&(bmp->bmfh.bfType),sizeof(WORD),1,fd);
　　233    fread(&(bmp->bmfh.bfSize),sizeof(DWORD),1,fd);
　　234    fread(&(bmp->bmfh.bfReserved1),sizeof(WORD),1,fd);
　　235    fread(&(bmp->bmfh.bfReserved2),sizeof(WORD),1,fd);
　　236    fread(&(bmp->bmfh.bfOffBits),sizeof(DWORD),1,fd);
　　237
　　238    //读取位图信息头    40字节
　　239    fread(&(bmp->bmih.biSize),sizeof(DWORD),1,fd);
　　240    fread(&(bmp->bmih.biWidth),sizeof(DWORD),1,fd);
　　241    fread(&(bmp->bmih.biHeight),sizeof(DWORD),1,fd);
　　242    fread(&(bmp->bmih.biPlanes),sizeof(WORD),1,fd);
　　243    fread(&(bmp->bmih.biBitCount),sizeof(WORD),1,fd);
　　244    fread(&(bmp->bmih.biCompression),sizeof(DWORD),1,fd);
　　245    fread(&(bmp->bmih.biSizeImage),sizeof(DWORD),1,fd);
　　246    fread(&(bmp->bmih.biXPelsPerMeter),sizeof(DWORD),1,fd);
　　247    fread(&(bmp->bmih.biYPelsPerMeter),sizeof(DWORD),1,fd);
　　248    fread(&(bmp->bmih.biClrUsed),sizeof(DWORD),1,fd);
　　249    fread(&(bmp->bmih.biClrImportant),sizeof(DWORD),1,fd);
　　250
　　251    //创建位图结构
　　252    ret=CreateBitmap(bmp, bmp->bmih.biWidth, bmp->bmih.biHeight, bmp->bmih.biBitCount);
　　253    if(ret==-1)
　　254    {
　　255        printf("Error(CreateBitmap): can not CreateBitmap.\n");
　　256        return -1;
　　257    }
　　258
　　259    //读取图像数据
　　260    //由于4字节对齐格式
　　261    fseek(fd,bmp->bmfh.bfOffBits,SEEK_SET);    //定位到图像数据区
　　262    ret=fread(bmp->imageData,bmp->imageSize,1,fd);
　　263    if(ret==0)
　　264    {
　　265        if(feof(fd))    //if the file pointer point to the end of the file
　　266        {
　　267        }
　　268        if(ferror(fd))  //if error happened while read the pixel data
　　269        {
　　270            printf("Error(ReadBitmap): can not read the pixel data.\n");
　　271            fclose(fd);
　　272            return -1;
　　273        }
　　274    }
　　275
　　276    //关闭文件
　　277    fclose(fd);
　　278    return 0;
　　279}
　　280
　　281
　　289int SaveBitmap(char* path, Bitmap* bmp)
　　290{
　　291    int ret;
　　292    FILE *fd;
　　293
　　294    //检查路径是否正确
　　295    int len = strlen(path) / sizeof(char);
　　296    char ext[3];
　　297    //check whether the path include the characters "bmp" at end
　　298    strncpy(ext, &path[len - 3], 3);
　　299    if (!(ext[0] == 'b' && ext[1] == 'm' && ext[2] == 'p'))
　　300    {
　　301        printf("Error(SaveBitmap): the extension of the file is not bmp.\n");
　　302        return -1;
　　303    }
　　304
　　305    //打开文件
　　306    fd=fopen(path,"wb");
　　307    if(fd==0)
　　308    {
　　309        printf("Error(SaveBitmap): can not open the image.\n");
　　310        return -1;
　　311    }
　　312
　　313    //保存文件信息头     14字节
　　314    fwrite(&(bmp->bmfh.bfType),sizeof(WORD),1,fd);
　　315    fwrite(&(bmp->bmfh.bfSize),sizeof(DWORD),1,fd);
　　316    fwrite(&(bmp->bmfh.bfReserved1),sizeof(WORD),1,fd);
　　317    fwrite(&(bmp->bmfh.bfReserved2),sizeof(WORD),1,fd);
　　318    fwrite(&(bmp->bmfh.bfOffBits),sizeof(DWORD),1,fd);
　　319
　　320    //保存位图信息头    40字节
　　321    fwrite(&(bmp->bmih.biSize),sizeof(DWORD),1,fd);
　　322    fwrite(&(bmp->bmih.biWidth),sizeof(DWORD),1,fd);
　　323    fwrite(&(bmp->bmih.biHeight),sizeof(DWORD),1,fd);
　　324    fwrite(&(bmp->bmih.biPlanes),sizeof(WORD),1,fd);
　　325    fwrite(&(bmp->bmih.biBitCount),sizeof(WORD),1,fd);
　　326    fwrite(&(bmp->bmih.biCompression),sizeof(DWORD),1,fd);
　　327    fwrite(&(bmp->bmih.biSizeImage),sizeof(DWORD),1,fd);
　　328    fwrite(&(bmp->bmih.biXPelsPerMeter),sizeof(DWORD),1,fd);
　　329    fwrite(&(bmp->bmih.biYPelsPerMeter),sizeof(DWORD),1,fd);
　　330    fwrite(&(bmp->bmih.biClrUsed),sizeof(DWORD),1,fd);
　　331    fwrite(&(bmp->bmih.biClrImportant),sizeof(DWORD),1,fd);
　　332
　　333    //如果为8位，则保存调色板
　　334    RGBQUAD pal[256];
　　335    int i;
　　336    if(bmp->bitCount==8)
　　337    {
　　338        for(i=0;ibmp->imageData,bmp->imageSize,1,fd);
　　355    if(ret!=1)
　　356    {
　　357        printf("Error(SaveBitmap): can not save the pixel data.\n");
　　358        return -1;
　　359    }
　　360
　　361    //关闭文件
　　362    fclose(fd);
　　363
　　364    return 0;
　　365}
　　366
　　367#endif // BMP_H_INCLUDED
　　368
　　369
　　370
　　371
　　372
　　373
　　391
　　392#ifndef BASICPROCESS_H_
　　393#define BASICPROCESS_H_
　　394
　　395#include "bmp.h"
　　396#include
　　397
　　400int RGB2Gray(Bitmap* src, Bitmap* dst)
　　401{
　　402    int ret;
　　403    int n=0,i,j;
　　404    BYTE r,g,b,gray;
　　405
　　406    //检查图像格式是否合法
　　407    if(src->bitCount!=24)
　　408    {
　　409        printf("Error(RGB2Gray): the source image must be in RGB format.\n");
　　410        return -1;
　　411    }
　　412
　　413    //为dst图像分配数据空间
　　414    ret=CreateBitmap(dst,src->width,src->height,8);
　　415    if(ret==-1)
　　416    {
　　417        printf("Error(RGB2Gray): can't create target image.\n");
　　418        return -1;
　　419    }
　　420
　　421    //计算灰度数据
　　422    for(i=0;iheight;i++)
　　423    {
　　424        n=0;
　　425        for(j=0;jwidth*3;j++,n++)
　　426        {
　　427            b=*(src->imageData+src->widthStep*(src->height-1-i)+j);
　　428            j++;
　　429            g=*(src->imageData+src->widthStep*(src->height-1-i)+j);
　　430            j++;
　　431            r=*(src->imageData+src->widthStep*(src->height-1-i)+j);
　　432            gray=(r*19595 + g*38469 + b*7472) >> 16;
　　433            *(dst->imageData+dst->widthStep*(dst->height-1-i)+n)=gray;
　　434        }
　　435    }
　　436
　　437    return 0;
　　438}
　　439
　　440
　　449int Gray2RGB(Bitmap* src, Bitmap* dst)
　　450{
　　451    int ret;
　　452    int n=0,i,j;
　　453    BYTE r;
　　454
　　455    //检查图像格式是否合法
　　456    if(src->bitCount!=8)
　　457    {
　　458        printf("Error(Gray2RGB): the source image must be in gray scale.\n");
　　459        return -1;
　　460    }
　　461
　　462    //为dst图像分配数据空间
　　463    ret=CreateBitmap(dst,src->width,src->height,24);
　　464    if(ret==-1)
　　465    {
　　466        printf("Error(Gray2RGB): can't create target image.\n");
　　467        return -1;
　　468    }
　　469
　　470    //计算灰度数据
　　471    for(i=0;iheight;i++)
　　472    {
　　473        n=0;
　　474        for(j=0;jwidth;j++,n++)
　　475        {
　　476            r=*(src->imageData+src->widthStep*(src->height-1-i)+j);
　　477            *(dst->imageData+dst->widthStep*(dst->height-1-i)+n)=r;
　　478            n++;
　　479            *(dst->imageData+dst->widthStep*(dst->height-1-i)+n)=r;
　　480            n++;
　　481            *(dst->imageData+dst->widthStep*(dst->height-1-i)+n)=r;
　　482        }
　　483    }
　　484
　　485    return 0;
　　486}
　　487
　　488
　　497int Gray2BW(Bitmap* src, Bitmap* dst, int threshold)
　　498{
　　499    int ret;
　　500    int n=0,i,j;
　　501    BYTE r;
　　502
　　503    //检查图像格式是否合法
　　504    if(src->bitCount!=8)
　　505    {
　　506        printf("Error(Gray2BW): the source image must be in gray scale.\n");
　　507        return -1;
　　508    }
　　509
　　510    //为dst图像分配数据空间
　　511    ret=CreateBitmap(dst,src->width,src->height,8);
　　512    if(ret==-1)
　　513    {
　　514        printf("Error(Gray2BW): can't create target image.\n");
　　515        return -1;
　　516    }
　　517
　　518    //计算灰度数据
　　519    for(i=0;iheight;i++)
　　520    {
　　521        for(j=0;jwidth;j++,n++)
　　522        {
　　523            r=*(src->imageData+src->widthStep*(src->height-1-i)+j);
　　524            if(r>=threshold)
　　525            {
　　526                n=255;
　　527            }
　　528            else
　　529            {
　　530                n=0;
　　531            }
　　532            *(dst->imageData+dst->widthStep*(dst->height-1-i)+j)=n;
　　533        }
　　534    }
　　535
　　536    return 0;
　　537}
　　538
　　539
　　547void rgb2hsv(float R, float G, float B, float *H, float *S, float* V)
　　548{
　　549    float min, max, delta,tmp;
　　550    tmp = RG?R:G;
　　553    max = tmp>B?tmp:B;
　　554    *V = max; // v
　　555
　　556    delta = max - min;
　　557
　　558    if( max != 0 )
　　559      *S = delta / max; // s
　　560    else
　　561    {
　　562       // r = g = b = 0 // s = 0, v is undefined
　　563      *S = 0;
　　564      *H = -1;
　　565      return;
　　566    }
　　567    if( R == max )
　　568        *H = ( G - B ) / delta; // between yellow & magenta
　　569   else if( G == max )
　　570        *H = 2 + ( B - R ) / delta; // between cyan & yellow
　　571   else
　　572       *H = 4 + ( R - G ) / delta; // between magenta & cyan
　　573
　　574    (*H) *= 60; // degrees
　　575    if( *H < 0 )
　　576       (*H) += 360;
　　577}
　　578
　　579
　　580
　　588void hsv2rgb(float H, float S, float V, float *R, float *G, float *B)
　　589{
　　590     int i;
　　591    float f, p, q, t;
　　592
　　593    if( S == 0 )
　　594    {
　　595        *R =*G = *B = V;
　　596        return;
　　597    }
　　598
　　599    H /= 60; // sector 0 to 5
　　600    i = floor( H );
　　601    f = H - i; // factorial part of h
　　602    p = V * ( 1 - S );
　　603    q = V * ( 1 - S * f );
　　604    t = V * ( 1 - S * ( 1 - f ) );
　　605
　　606    switch( i )
　　607    {
　　608    case 0:
　　609        *R = V;
　　610        *G = t;
　　611        *B = p;
　　612       break;
　　613    case 1:
　　614       *R = q;
　　615       *G = V;
　　616       *B = p;
　　617       break;
　　618    case 2:
　　619       *R = p;
　　620       *G = V;
　　621       *B = t;
　　622       break;
　　623    case 3:
　　624       *R = p;
　　625       *G = q;
　　626       *B = V;
　　627       break;
　　628    case 4:
　　629       *R = t;
　　630       *G = p;
　　631       *B = V;
　　632       break;
　　633    default: // case 5:
　　634       *R = V;
　　635       *G = p;
　　636       *B = q;
　　637       break;
　　638    }
　　639}
　　640
　　641
　　645int HistEqualization(Bitmap* dstBmp, Bitmap* srcBmp)
　　646{
　　647    return 0;
　　648}
　　649
　　650
　　653
　　654int MedFilt(Bitmap* dstBmp, Bitmap* srcBmp)
　　655{
　　656    return 0;
　　657}
　　658
　　659#endif