数字图像处理第一次作业

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提交日期：2015年3月13日

摘要

本次报告首先简单阐述了BMP图像格式及其相关数据结构，随后主要完成了作业要求中关于图像处理与计算的各项任务。本次作业以Matlab 2014为平台，通过对lena.bmp,elain.bmp图像文件的编程处理，分别得到了lena.bmp图像的8到1级灰度逐级递减显示，lena.bmp图像的均值和方差，通过近邻、双线性和双三次插值法对lena.bmp进行4倍放大后得到的2048×2048尺寸图像，和对lena.bmp、elain.bmp图像分别进行水平偏移变换和旋转变换后的图像及其4倍插值放大图像。以上任务完成后均得到了预期的结果。

1.Bmp图像格式简介。 1.1 BMP格式概述

BMP（全称Bitmap）是Windows操作系统中的标准图像文件格式，可以分成两类：设备相关位图（DDB）和设备无关位图（DIB），使用非常广。它采用位映射存储格式，除了图像深度可选以外，不采用其他任何压缩，因此，BMP文件所占用的空间很大。BMP文件的图像深度可选lbit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时，图像的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。 1.2 BMP格式组成

典型的BMP图像文件由四部分组成：

（1）位图头文件数据结构，它包含BMP图像文件的类型、显示内容等信息；

（2）位图信息数据结构，它包含有BMP图像的宽、高、压缩方法，以及定义颜色等信息； （3）调色板，这个部分是可选的，有些位图需要调色板，有些位图，比如真彩色图（24位的BMP）就不需要调色板；

（4）位图数据，这部分的内容根据BMP位图使用的位数不同而不同，在24位图中直接使用RGB，而其他的小于24位的使用调色板中颜色索引值。 1.3 BMP格式对应数据结构

BMP文件由文件头、位图信息头、颜色信息和图形数据四部分组成。 1.3.1 BMP文件头（14字节）

BMP文件头数据结构含有BMP文件的类型、文件大小和位图起始位置等 信息。 其结构定义如下：

typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {

WORD bfType; // 位图文件的类型，必须为BM(1-2字节）

DWORD bfSize; // 位图文件的大小，以字节为单位（3-6字节） WORD bfReserved1; // 位图文件保留字，必须为0(7-8字节） WORD bfReserved2; // 位图文件保留字，必须为0(9-10字节）

DWORD bfOffBits; // 位图数据的起始位置，以相对于位图（11-14字节） // 文件头的偏移量表示，以字节为单位 } BITMAPFILEHEADER; 1.3.2 位图信息头（40字节）

BMP位图信息头数据用于说明位图的尺寸等信息。 typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{

DWORD biSize; // 本结构所占用字节数（15-18字节）

LONG biWidth; // 位图的宽度，以像素为单位（19-22字节） LONG biHeight; // 位图的高度，以像素为单位（23-26字节） WORD biPlanes; // 目标设备的级别，必须为1(27-28字节）

WORD biBitCount;// 每个像素所需的位数，必须是1（双色），（29-30字节） // 4(16色），8(256色）16(高彩色)或24（真彩色）之一

DWORD biCompression; // 位图压缩类型，必须是 0（不压缩），（31-34字节） // 1(BI_RLE8压缩类型）或2(BI_RLE4压缩类型）之一

DWORD biSizeImage; // 位图的大小(其中包含了为了补齐行数是4的倍数而添加的空字节)，以字节为单位（35-38字节）

LONG biXPelsPerMeter; // 位图水平分辨率，每米像素数（39-42字节） LONG biYPelsPerMeter; // 位图垂直分辨率，每米像素数（43-46字节)

DWORD biClrUsed;// 位图实际使用的颜色表中的颜色数（47-50字节） DWORD biClrImportant;// 位图显示过程中重要的颜色数（51-54字节） } BITMAPINFOHEADER; 1.3.3 颜色表

颜色表用于说明位图中的颜色，它有若干个表项，每一个表项是RGBQUAD类型的结构，定义一种颜色。RGBQUAD结构的定义如下：

typedef struct tagRGBQUAD {

BYTE rgbBlue;// 蓝色的亮度（值范围为0-255) BYTE rgbGreen; // 绿色的亮度（值范围为0-255) BYTE rgbRed; // 红色的亮度（值范围为0-255) BYTE rgbReserved;// 保留，必须为0 } RGBQUAD;

颜色表中RGBQUAD结构数据的个数有biBitCount来确定： 当biBitCount=1,4,8时，分别有2,16,256个表项； 当biBitCount=24时，没有颜色表项。

位图信息头和颜色表组成位图信息，BITMAPINFO结构定义如下： typedef struct tagBITMAPINFO {

BITMAPINFOHEADER bmiHeader; // 位图信息头 RGBQUAD bmiColors[1]; // 颜色表 } BITMAPINFO; 1.3.4 位图数据

位图数据记录了位图的每一个像素值，记录顺序是在扫描行内是从左到右， 扫描行之间是从下到上。位图的一个像素值所占的字节数：

当biBitCount=1时，8个像素占1个字节； 当biBitCount=4时，2个像素占1个字节； 当biBitCount=8时，1个像素占1个字节；

当biBitCount=24时，1个像素占3个字节,按顺序分别为B,G,R；

Windows规定一个扫描行所占的字节数必须是4的倍数（即以long为单位）， 不足的以0填充。

2.把lena512*512图像灰度级逐级递减8-1显示。

（1）问题分析：本题中对图像进行的操作是直接灰度变换。首先利用imread函数读入 lena512.bmp，得到图像的灰度矩阵I，之后对灰度矩阵中的每个元素进行操作，即阵 列操作。将灰度矩阵的每个元素值除以二，取整后将结果转换为无符号8位数，既得 到灰度级为7的图像，最后利用imshow函数输出显示图像。同理可得到灰度级为6-1 的图像。对应源程序lena.m （2）MATLAB函数：

A=imread（‘filename’）

用imread函数读取图像文件，文件格式可以是TIFF、JPEG、GIF、BMP、PNG。 读进来的是一个二维数组，存放在矩阵A中。 调用格式：

A=imread(filename,fmt)

[X,map]=imread(filename,fmt) imshow(A)