RGB数据的处理

基本概念

分辨率为640*480的图像，其像素点的个数为 widthxheight，即为640x480 = 307200

1. 二值图像
   每个像素通过一位来存储即为二值图，取值只有0和1。
2. 灰度图像
   在二值图像中加入许多介于黑色与白色之间的颜色深度，就构成了灰度图像，就典型的就是256色图，像素取值可以是0到255之间的整数值，那么每个像素占一个字节即8位，灰度图反映的是该图像的亮度信息，灰度级为0~255。占用内存的大小为widthxheight。
3. RGB24图像
   每个像素占三个字节，对应于Red，Green，Blue三原色值，每个原色的取值是0到 255间的整数。这样的图也称为rgb24，24位真彩色。占用内存的大小为widthxheightx3

数字图像的表示

为了表述像素之间的相对和绝对位置，可以把图像看一个原点在左上角的二维坐标系。如下图

那么一副物理图像就被转化成了数字矩阵，成为了计算机能够处理的对象。

为M行N列的矩阵,对应的就是Height行width列的矩阵。

rgb图像在程序中的表示

• 二维矩阵在C++中映射的就是二维数组。对分辨率为w*h的图像，可以在程序中定义

unsigned char imag[Height][width]

来表示。这里的imag是表示指向元素个数为width类型为unsigned char的数组的指针，unsigned char (*img)[width]。

• 动态分配存放图像数据的二维数组的代码示例如下:

//指针的指针
unsigned char** pRGBData = NULL;//元素个数为Height的unsigned char*数组
pRGBData = new unsigned char*[Height];
for (int i=0; i<Height; ++i)
{pRGBData[i] = new unsigned char[width];
}

内存结构示意:

rgb内存存储顺序

不同于字面的顺序，rgb数据实际的存储顺序为 BGR,BGR

bmp格式

windows有一种bmp的图像文件格式，它的图像数据就rgb数据，将rgb封装成bmp格式后可以很方便的进行预览。
bmp格式介绍

处理bmp数据涉及到如下两个问题:
1. 在图像处理中的坐标系的原点是在左上角，而bmp数据坐标的原点在左下角。这里涉及到坐标的转换。
2. bmp的数据是需要4字节对齐的，如果不为4字节的整数倍，则是会填充数据的，所以计算图像数据大小时就不能简单的通过width*height*像素字节数来计算，可以通过如下宏计算

// 在计算图像大小时，采用公式：biSizeImage = biWidth' × biHeight。
// 是biWidth'，而不是biWidth，这里的biWidth'必须是4的整倍数，表示
// 大于或等于biWidth的，离4最近的整倍数。WIDTHBYTES就是用来计算
// biWidth'
#define WIDTHBYTES(bits) (((bits) + 31) / 32 * 4)
//这里计算的是rgb24的行说占的字节数
int nWidthBytes = WIDTHBYTES(iWidth*24);

示例程序

下面实现了一个rgb24处理类，包含如下功能:
1. 加载rgb24数据文件，这里的rgb数据文件并非指bmp文件，而指只有rgb数据的文件。
2. 获取/设置指定像素的值。
3. 获取指定像素的灰度值。
4. 将rgb24数据文件存成bmp格式文件。
5. 在rgb24图像上画线。

#include <stdio.h>
#include <string>
#include <Windows.h>
//#define RGB(r,g,b) ((unsigned long)(((unsigned char)(r)|((unsigned short)((unsigned char)(g))<<8))|(((unsigned long)(unsigned char)(b))<<16)))
#define WIDTHBYTES(bits) (((bits) + 31) / 32 * 4)class CProcessRGB
{
public:CProcessRGB() :m_pRGBFile(NULL), m_iHeight(0),m_iWidth(0), m_pRGBData(NULL),m_pBmpFile(NULL){}~CProcessRGB(){if (NULL != m_pRGBFile){fclose(m_pRGBFile);m_pRGBFile = NULL;}if (NULL != m_pRGBData){for (int i = 0; i < m_iHeight; ++i){if (NULL != m_pRGBData[i]){delete[] m_pRGBData[i];m_pRGBData[i] = NULL;}}}m_pRGBData = NULL;}int Init(int iWidth,int iHeight,const std::string& strRGBFile){m_iWidth = iWidth;m_iHeight = iHeight;m_pRGBFile = fopen(strRGBFile.c_str(), "rb");m_pRGBData = new unsigned char*[iHeight];// 读取图像数据,WIDTHBYTES宏用于生成每行字节数int nWidthBytes = WIDTHBYTES(iWidth*24);for (int i = 0; i < iHeight; ++i){m_pRGBData[i] = new unsigned char[nWidthBytes];fread(m_pRGBData[i], nWidthBytes, 1, m_pRGBFile);}return 0;}//获取指定像素点的颜色值unsigned long GetPixel(int x, int y){unsigned long color = RGB(m_pRGBData[m_iHeight - y - 1][x * 3 + 2],m_pRGBData[m_iHeight - y - 1][x * 3 + 1],m_pRGBData[m_iHeight - y - 1][x * 3]);return color;}//设置指定像素的颜色值void SetPixel(int x, int y, unsigned long color,unsigned char** pData){pData[m_iHeight - y - 1][x * 3] = color;pData[m_iHeight - y - 1][x * 3 + 1] = color >> 8;pData[m_iHeight - y - 1][x * 3 + 2] = color >> 16;}//计算指定像素点的灰度值unsigned char GetGray(int x, int y){unsigned long ref = GetPixel(x, y);unsigned char r, g, b, byte;r = ref;g = ref >> 8;b = ref >> 16;if (r == g && r == b)return r;double dGray = (0.30*r + 0.59*g + 0.11*b);// 灰度化byte = (int)dGray;return byte;}void SaveToBmpFile(const std::string& strBmpFile){if (NULL != m_pBmpFile){fclose(m_pBmpFile);m_pBmpFile = NULL;}m_pBmpFile = fopen(strBmpFile.c_str(), "wb");BITMAPINFOHEADER InfoHeader = { 0 };BuildInfoHeader(m_iWidth, m_iHeight, 24, InfoHeader);BITMAPFILEHEADER bmfHeader = { 0 };BuildFileHeader(m_iWidth, m_iHeight, 24, bmfHeader);int nWidthBytes = WIDTHBYTES((m_iWidth)*24);int iSize = nWidthBytes*m_iHeight;fwrite(&bmfHeader, sizeof(BITMAPFILEHEADER), 1, m_pBmpFile);fwrite(&InfoHeader, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, m_pBmpFile);//坐标转换for (int i = m_iHeight - 1; i>=0 ; --i){fwrite(m_pRGBData[i], nWidthBytes, 1, m_pBmpFile);}}//画线 ptStart表示起始点，nLen表示线的长度，nWide表示线的宽度，bHor是横线还是竖线void Line(POINT ptStart, int nLen, int nWide, BOOL bHor){int i, j;DWORD dw = RGB(0, 0, 255);if (bHor){for (i = ptStart.x; i <= nLen + ptStart.x; i++){for (j = 0; j<nWide; j++){SetPixel(i, ptStart.y + j, dw, m_pRGBData);}}}else{for (j = ptStart.y; j <= nLen + ptStart.y; j++){for (i = 0; i<nWide; i++){SetPixel(ptStart.x + i, j, dw, m_pRGBData);}}}}private:void BuildInfoHeader(LONG lWidth, LONG lHeight, WORD wBitCount, BITMAPINFOHEADER &bitmapInfoHeader){LONG lWidthStep = (((lWidth * wBitCount) + 31) & (~31)) / 8;bitmapInfoHeader.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);bitmapInfoHeader.biWidth = lWidth;bitmapInfoHeader.biHeight = lHeight;bitmapInfoHeader.biPlanes = 0;bitmapInfoHeader.biBitCount = wBitCount;bitmapInfoHeader.biCompression = BI_RGB;bitmapInfoHeader.biSizeImage = lWidthStep * lHeight;bitmapInfoHeader.biXPelsPerMeter = 0;bitmapInfoHeader.biYPelsPerMeter = 0;bitmapInfoHeader.biClrUsed = 0;bitmapInfoHeader.biClrImportant = 0;}void BuildFileHeader(LONG lWidth, LONG lHeight, WORD wBitCount, BITMAPFILEHEADER &bitmapFileHeader){LONG lWidthStep = (((lWidth * wBitCount) + 31) & (~31)) / 8;bitmapFileHeader.bfType = ((WORD)('M' << 8) | 'B');  //'BM'bitmapFileHeader.bfSize = (DWORD) sizeof(BITMAPFILEHEADER) + (DWORD) sizeof(BITMAPINFOHEADER) + lWidthStep * lHeight;bitmapFileHeader.bfReserved1 = 0;bitmapFileHeader.bfReserved2 = 0;bitmapFileHeader.bfOffBits = (DWORD) sizeof(BITMAPFILEHEADER) + (DWORD) sizeof(BITMAPINFOHEADER);}private://存储RGB内存数据的指针unsigned char** m_pRGBData;FILE *m_pRGBFile;FILE *m_pBmpFile;int m_iHeight;int m_iWidth;
};int main()
{CProcessRGB RGBProcess;//读取rgb24图像RGBProcess.Init(1280,720,"./preview_rgb24");//画一条横线POINT p1;p1.x = 0;p1.y = 359;RGBProcess.Line(p1, 1279, 3, true);//画一条竖线POINT p2;p2.x = 639;p2.y = 0;RGBProcess.Line(p2, 719, 3, false);//将rgb24数据存成bmp文件RGBProcess.SaveToBmpFile("./preview.bmp");
}

运行结果：

rgb原始数据文件下载
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