实验一--图像文件的读取和显示.doc

实验一 图像文件的读取和显示
一、 实验目的
学习在Visual C++环境下对BMP文件的读取和显示，为读取各种类型的文件和后续进行图像处理打下基础。
二、 实验内容
利用Visual C++为用户提供的专门api函数从图像文件中读取图像数据、显示图像。
三、 预备知识
熟悉Visual C++的开发环境。
四、 实验原理与步骤
DIB(Device-indepentent bitmap)的与设备无关性主要体现在以下两个方面：
· DIB的颜色模式与设备无关。例如，一个256色的DIB即可以在真彩色显示模式下使用，也可以在16色模式下使用。
· 256色以下(包括256色)的DIB拥有自己的颜色表，像素的颜色独立于系统调色板。
由于DIB不依赖于具体设备，因此可以用来永久性地保存图象。DIB一般是以*.BMP文件的形式保存在磁盘中的，有时也会保存在*.DIB文件中。运行在不同输出设备下的应用程序可以通过DIB来交换图象。
DIB还可以用一种RLE算法来压缩图像数据，但一般来说DIB是不压缩的。
1 DIB的结构
Visual C++中未提供现成的类来封装DIB，用户要想使用DIB，首先应该了解DIB的结构。在内存中，一个完整的DIB由两部分组成：一个BITMAPINFO结构和一个存储像素阵列的数组。BITMAPINFO描述了位图的大小，颜色模式和调色板等各种属性，其定义为
typedef struct tagBITMAPINFO {
BITMAPINFOHEADER bmiHeader;
RGBQUAD bmiColors[1]; //颜色表
} BITMAPINFO;
RGBQUAD结构用来描述颜色，其定义为
typedef struct tagRGBQUAD {
BYTE rgbBlue; //蓝色的强度
BYTE rgbGreen; //绿色的强度
BYTE rgbRed; //红色的强度
BYTE rgbReserved; //保留字节，为0
} RGBQUAD;
注意，RGBQUAD结构中的颜色顺序是BGR，而不是平常的RGB。
BITMAPINFOHEADER结构包含了DIB的各种信息，其定义为
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
DWORD biSize; //该结构的大小
LONG biWidth; //位图的宽度(以像素为单位)
LONG biHeight; //位图的高度(以像素为单位)
WORD biPlanes; //必须为1
WORD biBitCount //每个像素的位数(1、4、8、16、24或32)
DWORD biCompression; //压缩方式，一般为0或BI_RGB (未压缩)
DWORD biSizeImage; //以字节为单位的图象大小(仅用于压缩位图)
LONG biXPelsPerMeter; //以目标设备每米的像素数来说明位图的水平分辨率
LONG biYPelsPerMeter; //以目标设备每米的像素数来说明位图的垂直分辨率
DWORD biClrUsed;
DWORD biClrImportant; //重要颜色的数目，若该值为0则所有颜色都重要
} BITMAPINFOHEADER;
与DDB不同，DIB的字节数组是从图象的最下面一行开始的逐行向上存储的，也即等于把图象倒过来然后在逐行扫描。另外，字节数组中每个扫描行的字节数必需是4的倍数，如果不足要用0补齐。
DIB可以存储在*.BMP或*.DIB文件中。DIB文件是以BITMAPFILEHEADER结构开头的，该结构的定义为
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
WORD bfType; //文件类型，必须为“BM”
DWORD bfSize; //文件的大小
WORD bfReserved1; //为0
WORD bfReserved2; //为0
DWORD bfOffBits; //存储的像素阵列相对于文件头的偏移量
} BITMAPFILEHEADER;
紧随该结构的是一个BITMAPINFOHEADER结构，然后是RGBQUAD结构组成的颜色表(如果有的话)，文件最后存储的是DIB的像素阵列。
DIB的颜色信息储存在自己的颜色表中，程序一般要根据颜色表为DIB创建逻辑调色板。在输出一幅DIB之前，程序应该将其逻辑调色板选入到相关的设备上下文中并实现到系统调色板中，然后再调用相关的GDI函数(如::SetDIBitsToDevice或::StretchDIBits)输出DIB。 在输出过程中，GDI函数会把DIB转换成DDB，这项工作主要包括以下两步：
将DIB的颜色格式转换成与输出设备相同的颜色格式。例如，在真彩色的显示模式下要显示一个256色的DIB，则应该将其转换成24位的颜色格式。
将DIB像素的逻辑颜色索引转换成系统调色板索引。
2 实验具体步骤
（1）利用工程中的MFC AppWizard(exe)，建立一个多文档应用程序（假定工程名为ReadBMP），工程选项默认。
（2）向工程中添加一个新建的DIBAPI.cpp文件和DIBAPI.h文件。
将如下代码拷贝到DIBAPI.h文件，里面是空白的，把如下代码考入文件中：
//DIBAPI.h
#ifndef _INC_DIBAPI
#define _INC_DIBAPI

DECLARE_HANDLE(HDIB);

#define PALVERSION 0x300
#define IS_WIN30_DIB(lpbi) ((*(LPDWORD)(lpbi))==sizeof(BITMAPINFOHEADER))
#define RECTWIDTH(lpRect) ((lpRect)->right-(lpRect)->left)
#define RECTHEIGHT(lpRect) ((lpRect)->bottom-(lpRect)->top)
#define WIDTHBYTES(bits) (((bits)+31)/32*4)
#define DIB_HEADER_MARKER ((WORD)('M'<<8)|'B')

BOOL WINAPI PaintDIB(HDC,LPRECT,HDIB,LPRECT,CPalette* pPal);
BOOL WINAPI CreateDIBPalette(HDIB hDIB,CPalette* cPal);
LPSTR WINAPI FindDIBBits(LPSTR lpbi);
DWORD WINAPI DIBWidth(LPSTR lpDIB);
DWORD WINAPI DIBHeight(LPSTR lpDIB);
WORD WINAPI PaletteSize(LPSTR lpbi);
WORD WINAPI DIBNumColors(LPSTR lpbi);
HGLOBAL WINAPI CopyHandle(HGLOBAL h);

BOOL WINAPI SaveDIB(HDIB hDib,CFile& file);
HDIB WINAPI ReadDIBFile(CFile& file);
//在此处输入自己的函数声明
#endif//!_INC_DIBAPI
上面这些函数是实现图像的读取、存储等图像处理的基本功能的，你将自己需要的函数也输入到“//在此处输入自己的函数声明”的下面。
将以下代码拷贝到DIBAPI.cpp文件中：
//DIBAPI.cpp
#include "stdafx.h"
#include "DIBAPI.h"
WORD WINAPI DIBNumColors(LPSTR lpbi)
{
WORD wBitCount;
if(IS_WIN30_DIB(lpbi))
{
DWORD dwClrUsed;
dwClrUsed=((LPBITMAPINFOHEADER)lpbi)->biClrUsed;

if(dwClrUsed)
return (WORD)dwClrUsed;
}
if(IS_WIN30_DIB(lpbi))
wBitCount=((LPBITMAPINFOHEADER)lpbi)->biBitCount;
else
wBitCount=((LPBITMAPCOREHEADER)lpbi)->bcBitCount;

switch(wBitCount)
{
case 1:
return 2;
case 4:
return 16;
case 8:
return 256;
default:
return 0;
}
}
WORD WINAPI PaletteSize(LPSTR lpbi)
{
if(IS_WIN30_DIB(lpbi))
return (WORD)(DIBNumColors(lpbi)*sizeof(RGBQUAD));
else
return (WORD)(DIBNumColors(lpbi)*sizeof(RGBTRIPLE));
}

LPSTR WINAPI FindDIBBits(LPSTR lpbi)
{
return (lpbi+*(LPDWORD)lpbi+::PaletteSize(lpbi));
}

DWORD WINAPI DIBWidth(LPSTR lpDIB)
{
LPBITMAPINFOHEADER lpbmi;
LPBITMAPCOREHEADER lpbmc;
lpbmi=(LPBITMAPINFOHEADER)lpDIB;
lpbmc=(LPBITMAPCOREHEADER)lpDIB;

if(IS_WIN30_DIB(lpDIB))
return lpbmi->biWidth;
else
return (DWORD)lpbmc->bcWidth;
}

DWORD WINAPI DIBHeight(LPSTR lpDIB)
{
LPBITMAPINFOHEADER lpbmi;
LPBITMAPCOREHEADER lpbmc;

lpbmi=(LPBITMAPINFOHEADER)lpDIB;
lpbmc=(LPBITMAPCOREHEADER)lpDIB;

if(IS_WIN30_DIB(lpDIB))
return lpbmi->biHeight;
else
return (DWORD)lpbmc->bcHeight;
}

BOOL WINAPI PaintDIB(HDC hDC,LPRECT lpDCRect,HDIB hDIB,LPRECT lpDIBRect,CPalette* pPal)
{
LPSTR lpDIBHdr;
LPSTR lpDIBBits;
BOOL bSuccess=FALSE;
HPALETTE hPal=NULL;
HPALETTE hOldPal=NULL;

if(hDIB==NULL)
return FALSE;

lpDIBHdr=(LPSTR)::GlobalLock((HGLOBAL)hDIB);
lpDIBBits=FindDIBBits(lpDIBHdr);

if(pPal!=NULL)
{
hPal=(HPALETTE)pPal->m_hObject;
hOldPal=::SelectPalette(hDC,hPal,TRUE);
}

::SetStretchBltMode(hDC,COLORONCOLOR);
if((RECTWIDTH(lpDCRect)==RECTWIDTH(lpDIBRect))&&(RECTHEIGHT(lpDCRect)==RECTHEIGHT(lpDIBRect)))
{
bSuccess=::SetDIBitsToDevice(hDC,lpDCRect->left,lpDCRect->top,RECTWIDTH(lpDCRect),RECTHEIGHT(lpDCRect),lpDIBRect->left,\
(int)DIBHeight(lpDIBHdr)-lpDIBRect->top-RECTHEIGHT(lpDIBRect),0,(WORD)DIBHeight(lpDIBHdr),\
lpDIBBits,(LPBITMAPINFO)lpDIBHdr,DIB_RGB_COLORS);
}
else
{
bSuccess=::StretchDIBits(hDC,lpDCRect->left,lpDCRect->top,RECTWIDTH(lpDCRect),RECTHEIGHT(lpDCRect),lpDIBRect->left,\
lpDIBRect->top,RECTWIDTH(lpDIBRect),RECTHEIGHT(lpDIBRect),\
lpDIBBits,(LPBITMAPINFO)lpDIBHdr,DIB_RGB_COLORS,SRCCOPY);
}
::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDIB);
if(hOldPal)
::SelectPalette(hDC,hOldPal,TRUE);
GlobalUnlock(hDIB);
return bSuccess;
}
BOOL WINAPI CreateDIBPalette(HDIB hDIB,CPalette* pPal)
{
LPLOGPALETTE lpPal;
HANDLE hLogPal;
HPALETTE hPal=NULL;
LPSTR lpbi;
LPBITMAPINFO lpbmi;
LPBITMAPCOREINFO lpbmc;
BOOL bWinStyleDIB;
int i;
WORD wNumColors;
BOOL bResult=FALSE;

if(hDIB==NULL)
return FALSE;

lpbi=(LPSTR)::GlobalLock((HGLOBAL)hDIB);
lpbmi=(LPBITMAPINFO)lpbi;
lpbmc=(LPBITMAPCOREINFO)lpbi;
wNumColors=DIBNumColors(lpbi);
bWinStyleDIB=IS_WIN30_DIB(lpbi);
if(wNumColors!=0)
{
hLogPal=::GlobalAlloc(GHND,sizeof(LOGPALETTE)+sizeof(PALETTEENTRY)*wNumColors);
if(hLogPal==0)
{
::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDIB);
return FALSE;
}

lpPal=(LPLOGPALETTE)::GlobalLock(hLogPal);
lpPal->palVersion=PALVERSION;
lpPal->palNumEntries=(WORD)wNumColors;
bWinStyleDIB=IS_WIN30_DIB(lpbi);

for(i=0;i<(int)wNumColors;i++)
{
if(bWinStyleDIB)
{
lpPal->palPalEntry[i].peRed=lpbmi->bmiColors[i].rgbRed;
lpPal->palPalEntry[i].peGreen=lpbmi->bmiColors[i].rgbGreen;
lpPal->palPalEntry[i].peBlue=lpbmi->bmiColors[i].rgbBlue;
lpPal->palPalEntry[i].peFlags=0;
}
else
{
lpPal->palPalEntry[i].peRed=lpbmc->bmciColors[i].rgbtRed;
lpPal->palPalEntry[i].peGreen=lpbmc->bmciColors[i].rgbtGreen;
lpPal->palPalEntry[i].peBlue=lpbmc->bmciColors[i].rgbtBlue;
lpPal->palPalEntry[i].peFlags=0;
}
}

bResult=pPal->CreatePalette(lpPal);
::GlobalUnlock((HGLOBAL)hLogPal);
::GlobalFree((HGLOBAL)hLogPal);
}

::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDIB);
return bResult;
}

HGLOBAL WINAPI CopyHandle(HGLOBAL h)
{
if(h==NULL)
return NULL;

DWORD dwLen=::GlobalSize((HGLOBAL)h);
HGLOBAL hCopy=::GlobalAlloc(GHND,dwLen);

if(hCopy!=NULL)
{
void* lpCopy=::GlobalLock((HGLOBAL)hCopy);
void* lp=::GlobalLock((HGLOBAL)h);

memcpy(lpCopy,lp,dwLen);
::GlobalUnlock(hCopy);
::GlobalUnlock(h);
}
return hCopy;
}

BOOL WINAPI SaveDIB(HDIB hDib,CFile& file)
{
BITMAPFILEHEADER bmfHdr;
LPBITMAPINFOHEADER lpBI;
DWORD dwDIBSize;

if(!hDib)
return FALSE;

lpBI=(LPBITMAPINFOHEADER)::GlobalLock((HGLOBAL)hDib);

if(lpBI==NULL)
return FALSE;

if(!IS_WIN30_DIB(lpBI))
{
::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDib);
return FALSE;
}

bmfHdr.bfType=DIB_HEADER_MARKER;
dwDIBSize=*(LPDWORD)lpBI+::PaletteSize((LPSTR)lpBI);

if((lpBI->biCompression==BI_RLE8)||(lpBI->biCompression==BI_RLE4))
dwDIBSize+=lpBI->biSizeImage;
else
{
DWORD dwBmBitsSize;
dwBmBitsSize=WIDTHBYTES((lpBI->biWidth)*((DWORD)lpBI->biBitCount))*lpBI->biHeight;
dwDIBSize+=dwBmBitsSize;
lpBI->biSizeImage=dwBmBitsSize;
}

bmfHdr.bfSize=dwDIBSize+sizeof(BITMAPFILEHEADER);
bmfHdr.bfReserved1=0;
bmfHdr.bfReserved2=0;

bmfHdr.bfOffBits=(DWORD)sizeof(BITMAPFILEHEADER)+lpBI->biSize+::PaletteSize((LPSTR)lpBI);

TRY
{
file.Write((LPSTR)&bmfHdr,sizeof(BITMAPFILEHEADER));
file.WriteHuge(lpBI,dwDIBSize);
}
CATCH(CFileException,e)
{
::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDib);
THROW_LAST();
}
END_CATCH

::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDib);

return TRUE;
}

HDIB WINAPI ReadDIBFile(CFile& file)
{
BITMAPFILEHEADER bmfHeader;
DWORD dwBitsSize;
HDIB hDIB;
LPSTR pDIB;

dwBitsSize=file.GetLength();

if(file.Read((LPSTR)&bmfHeader,sizeof(bmfHeader))!=sizeof(bmfHeader))
return NULL;

if(bmfHeader.bfType!=DIB_HEADER_MARKER)
return NULL;

hDIB=(HDIB)::GlobalAlloc(GMEM_MOVEABLE|GMEM_ZEROINIT,dwBitsSize);

if(hDIB==0)
return NULL;

pDIB=(LPSTR)::GlobalLock((HGLOBAL)hDIB);

if(file.ReadHuge(pDIB,dwBitsSize-sizeof(BITMAPFILEHEADER))!=dwBitsSize-sizeof(BITMAPFILEHEADER))
{
::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDIB);
::GlobalFree((HGLOBAL)hDIB);
return NULL;
}

::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDIB);

return hDIB;
}
//在此处输入自己的函数定义
上面是DIBAPI.h头文件中声明的函数的定义，你将自己的函数定义加到“//在此处输入自己的函数定义”后面。
（3）在CMyReadBMPDoc类中增加相应的成员函数、消息映射函数和成员变量，可以利用MFC ClassWizard对话框实现（Ctrl+W键）。具体内容如下表所示：
类型
名称
类型
访问类型
消息映射函数
OnOpenDocument

OnSaveDocument

成员变量
m_hDIB
HDIB
Public
m_nColorIndex
int
Public
m_refColorBKG
COLORREF
Public
m_sizeDoc
CSize
Protected
m_palDIB
CPalette*
Protected
成员函数
InitDIBData()
void
Public
ReplaceHDIB(HDIB hDIB)
void
Public
各个函数里面的代码如下：
l 构造函数CMyReadBMPDoc::CMyReadBMPDoc()里的代码：
m_refColorBKG=0x00808080;
m_hDIB=NULL;
m_palDIB=NULL;
m_sizeDoc=CSize(1,1);
l 析构函数CMyReadBMPDoc::~CMyReadBMPDoc()里的代码：
if(m_hDIB!=NULL)
::GlobalFree((HGLOBAL)m_hDIB);
if(m_palDIB!=NULL)
delete m_palDIB;
l 文档打开函数BOOL CMyReadBMPDoc::OnOpenDocument(LPCTSTR lpszPathName)里的代码：
CFile file;
CFileException fe;
if(!file.Open(lpszPathName,CFile::modeRead|CFile::shareDenyWrite,&fe))
{
ReportSaveLoadException(lpszPathName,&fe,FALSE,AFX_IDP_FAILED_TO_OPEN_DOC);
return FALSE;
}
DeleteContents();
BeginWaitCursor();
TRY
{ m_hDIB=::ReadDIBFile(file);
}
CATCH(CFileException,eLoad)
{
file.Abort();
EndWaitCursor();
ReportSaveLoadException(lpszPathName,eLoad,FALSE,AFX_IDP_FAILED_TO_OPEN_DOC);
m_hDIB=NULL;
return FALSE;
}
END_CATCH

InitDIBData();
EndWaitCursor();
if(m_hDIB==NULL)
{
CString strMsg;
strMsg="读取图像时出错！可能是不支持该类型的图像文件！";
MessageBox(NULL,strMsg,NULL,MB_ICONINFORMATION|MB_OK);
return FALSE;
}
SetPathName(lpszPathName);
SetModifiedFlag(FALSE);
l 文档保存函数BOOL CMyReadBMPDoc::OnSaveDocument(LPCTSTR lpszPathName)里的代码：
CFile file;
CFileException fe;
if(!file.Open(lpszPathName,CFile::modeCreate|CFile::modeReadWrite|CFile::shareExclusive,&fe))
{
ReportSaveLoadException(lpszPathName,&fe,TRUE,AFX_IDP_INVALID_FILENAME);
return FALSE;
}
BOOL bSuccess=FALSE;
TRY
{
BeginWaitCursor();
bSuccess=::SaveDIB(m_hDIB,file);
file.Close();
}
CATCH(CException,eSave)
{
file.Abort();
EndWaitCursor();
ReportSaveLoadException(lpszPathName,eSave,TRUE,AFX_IDP_FAILED_TO_SAVE_DOC);
return FALSE;
}
END_CATCH

EndWaitCursor();
SetModifiedFlag(FALSE);
if(!bSuccess)
{
CString strMsg;
strMsg="无法保存BMP图像";
MessageBox(NULL,strMsg,NULL,MB_ICONINFORMATION|MB_OK);
}
l 成员函数InitDIBData()里的代码：
if(m_palDIB!=NULL)
{
delete m_palDIB;
m_palDIB=NULL;
}

if(m_hDIB==NULL)
return;

LPSTR lpDIB=(LPSTR)::GlobalLock((HGLOBAL)m_hDIB);
if(::DIBWidth(lpDIB)>INT_MAX||::DIBHeight(lpDIB)>INT_MAX)
{
::GlobalUnlock((HGLOBAL)m_hDIB);
::GlobalFree((HGLOBAL)m_hDIB);
m_hDIB=NULL;

CString strMsg;
strMsg="BMP图像太大！";
MessageBox(NULL,strMsg,NULL,MB_ICONINFORMATION|MB_OK);
return;
}

m_sizeDoc=CSize((int)::DIBWidth(lpDIB),(int)::DIBHeight(lpDIB));
::GlobalUnlock((HGLOBAL)m_hDIB);
m_palDIB=new CPalette;

if(m_palDIB==NULL)
{
::GlobalFree((HGLOBAL)m_hDIB);
m_hDIB=NULL;

return;
}

if(::CreateDIBPalette(m_hDIB,m_palDIB)==NULL)
{
delete m_palDIB;
m_palDIB=NULL;
return;
}
l 成员函数ReplaceHDIB(HDIB hDIB)里的代码：
if(m_hDIB!=NULL)
::GlobalFree((HGLOBAL)m_hDIB);
m_hDIB=hDIB;

l 在CMyReadBMPdoc.h的“// Attributes”和“public:”后加入代码：
HDIB GetHDIB() const
{
return m_hDIB;
}

CPalette* GetDocPalette() const
{
return m_palDIB;
}

CSize GetDocSize() const
{
return m_sizeDoc;
}
注意：要在ReadBMPDoc.h前加上#include "DIBAPI.h"语句（在class CMyReadBMPDoc:public CDocument语句前）
（4）为CMyReadBMPView中的函数 void CMyReadBMPView::OnDraw(CDC* pDC)中添加如下代码：
BeginWaitCursor();
CMyReadBMP* pDoc = GetDocument();
ASSERT_VALID(pDoc);
// TODO: add draw code for native data here
HDIB hDIB=pDoc->GetHDIB();

if(hDIB!=NULL)
{
LPSTR lpDIB=(LPSTR)::GlobalLock((HGLOBAL)hDIB);
int cxDIB=(int)::DIBWidth(lpDIB);
int cyDIB=(int)::DIBHeight(lpDIB);

::GlobalUnlock((HGLOBAL)hDIB);
CRect rcDIB;
rcDIB.top=rcDIB.left=0;
rcDIB.right=cxDIB;
rcDIB.bottom=cyDIB;

CRect rcDest;
if(pDC->IsPrinting())
{
int cxPage=pDC->GetDeviceCaps(HORZRES);
int cyPage=pDC->GetDeviceCaps(VERTRES);
int cxInch=pDC->GetDeviceCaps(LOGPIXELSX);
int cyInch=pDC->GetDeviceCaps(LOGPIXELSY);
rcDest.top=rcDest.left=0;
rcDest.bottom=(int)(((double)cyDIB*cxPage*cyInch)/((double)cxDIB*cxInch));
rcDest.right=cxPage;
int temp=cyPage-(rcDest.bottom-rcDest.top);
rcDest.bottom+=temp/2;
rcDest.top+=temp/2;
}
else
{
rcDest=rcDIB;
}

::PaintDIB(pDC->m_hDC,&rcDest,pDoc->GetHDIB(),&rcDIB,pDoc->GetDocPalette());
}
EndWaitCursor();

（5）在ReadBMP.cpp文件的InitInstance()函数的ParseCommandLine(cmdInfo);语句下输入语句
cmdInfo.m_nShellCommand = CCommandLineInfo::FileNothing;
则启动时不自动打开一个空文档。