基于Windows的图像处理(VC).doc

第1章 Windows位图和调色板1.1 位图和调色板的概念如今Windows(3.x以及95，98，NT)系列比DOS成功的一个重要因素是它可视化的漂亮界面。那么Windows是如何显示图象的呢？这就要谈到位图(bitmap)。我们知道，普通的显示器屏幕是由许许多多点构成的，我们称之为象素。显示时采用扫描的方法：电子枪每次从左到右扫描一行，为每个象素着色，然后从上到下这样扫描若干行，就扫过了一屏。为了防止闪烁，每秒要重复上述过程几十次。例如我们常说的屏幕分辨率为640480，刷新频率为70Hz，意思是说每行要扫描640个象素，一共有480行，每秒重复扫描屏幕70次。我们称这种显示器为位映象设备。所谓位映象，就是指一个二维的象素矩阵，而位图就是采用位映象方法显示和存储的图象。举个例子，图1.1是一幅普通的黑白位图，图1.2是被放大后的图，图中每个方格代表了一个象素。我们可以看到：整个骷髅就是由这样一些黑点和白点组成的。那么，彩色图是怎么回事呢？我们先来说说三元色RGB概念。我们知道，自然界中的所有颜色都可以由红、绿、蓝(R，G，B)组合而成。有的颜色含有红色成分多一些，如深红；有的含有红色成分少一些，如浅红。针对含有红色成分的多少，可以分成0到255共256个等级，0级表示不含红色成分；255级表示含有100%的红色成分。同样，绿色和蓝色也被分成256级。这种分级概念称为量化。这样，根据红、绿、蓝各种不同的组合我们就能表示出256256256，约1600万种颜色。这么多颜色对于我们人眼来说已经足够丰富了。图1.1 骷髅图1.2 放大后的骷髅位图颜色RGB红25500蓝02550绿00255黄2552550紫2550255青0255255白255255255黑000灰128128128表1.1 常见颜色的RGB组合值因此，当一幅图中每个象素赋予不同的RGB值时，能呈现出五彩缤纷的颜色了，这样就形成了彩色图。的确是这样的，但实际上的做法还有些差别。让我们来看看下面的例子。有一个长宽各为200个象素，颜色数为16色的彩色图，每一个象素都用R、G、B三个分量表示。因为每个分量有256个级别，要用8位(bit)，即一个字节(byte)来表示，所以每个象素需要用3个字节。整个图象要用2002003，约120k字节，可不是一个小数目呀！如果用下面的方法，就能省的多。因为是16色图，也就是说这幅图中最多只有16种颜色，我们可以用一个表：表中的每一行记录一种颜色的R、G、B值。这样当我们表示一个象素的颜色时，只需要指出该颜色是在第几行，即该颜色在表中的索引值。举个例子，如果表的第0行为255，0，0(红色)，那么当某个象素为红色时，只需要标明0即可。再来计算一下：16种状态可以用4位(bit)表示，所以一个象素要用半个字节。整个图象要用2002000.5，约20k字节，再加上表占用的字节为316=48字节.整个占用的字节数约为前面的1/6，省很多。这张R、G、B表，就是我们常说的调色板(Palette)，另一种叫法是颜色查找表LUT(Look Up Table)，似乎更确切一些。Windows位图中便用到了调色板技术。其实不光是Windows位图，许多图象文件格式如pcx、tif、gif等都用到了。所以很好地掌握调色板的概念是十分有用的。有一种图，它的颜色数高达256256256种，也就是说包含我们上述提到的R、G、B颜色表示方法中所有的颜色，这种图叫做真彩色图(true color)。真彩色图并不是说一幅图包含了所有的颜色，而是说它具有显示所有颜色的能力，即最多可以包含所有的颜色。表示真彩色图时，每个象素直接用R、G、B三个分量字节表示，而不采用调色板技术。原因很明显：如果用调色板，表示一个象素也要用24位，这是因为每种颜色的索引要用24位(因为总共有224种颜色，即调色板有224行)，和直接用R，G，B三个分量表示用的字节数一样，不但没有任何便宜，还要加上一个2562562563个字节的大调色板。所以真彩色图直接用R、G、B三个分量表示，它又叫做24位色图。1.2 bmp文件格式介绍完位图和调色板的概念，下面就让我们来看一看Windows的位图文件(.bmp文件)的格式是什么样子。bmp文件大体上分成四个部分，如图1.3所示。位图文件头BITMAPFILEHEADER位图信息头BITMAPINFOHEADER调色板Palette实际的位图数据ImageDate图1.3 Windows位图文件结构示意图第一部分为位图文件头BITMAPFILEHEADER，是一个结构，其定义如下：typedef struct tagBITMAPFILEHEADER WORD bfType; DWORD bfSize; WORD bfReserved1; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; BITMAPFILEHEADER; 这个结构的长度是固定的，为14个字节(WORD为无符号16位整数，DWORD为无符号32位整数)，各个域的说明如下：bfType指定文件类型，必须是0x424D，即字符串“BM”，也就是说所有.bmp文件的头两个字节都是“BM”。bfSize指定文件大小，包括这14个字节。bfReserved1，bfReserved2 为保留字，不用考虑bfOffBits为从文件头到实际的位图数据的偏移字节数，即图1.3中前三个部分的长度之和。第二部分为位图信息头BITMAPINFOHEADER，也是一个结构，其定义如下：typedef struct tagBITMAPINFOHEADERDWORD biSize; LONG biWidth; LONG biHeight; WORD biPlanes; WORD biBitCount DWORD biCompression; DWORD biSizeImage; LONG biXPelsPerMeter; LONG biYPelsPerMeter; DWORD biClrUsed; DWORD biClrImportant; BITMAPINFOHEADER; 这个结构的长度是固定的，为40个字节(LONG为32位整数)，各个域的说明如下：biSize指定这个结构的长度，为40。biWidth指定图象的宽度，单位是象素。biHeight指定图象的高度，单位是象素。biPlanes必须是1，不用考虑。biBitCount 指定表示颜色时要用到的位数，常用的值为1(黑白二色图), 4(16色图), 8(256色), 24(真彩色图)(新的.bmp格式支持32位色，这里就不做讨论了)。biCompression指定位图是否压缩，有效的值为BI_RGB，BI_RLE8，BI_RLE4，BI_BITFIELDS(都是一些Windows定义好的常量)。要说明的是，Windows位图可以采用RLE4，和RLE8的压缩格式，但用的不多。我们今后所讨论的只有第一种不压缩的情况，即biCompression为BI_RGB的情况。biSizeImage指定实际的位图数据占用的字节数，其实也可以从以下的公式中计算出来：biSizeImage=biWidth biHeight要注意的是：上述公式中的biWidth必须是4的整倍数(所以不是biWidth，而是biWidth，表示大于或等于biWidth的，最接近4的整倍数。举个例子，如果biWidth=240，则biWidth=240；如果biWidth=241，biWidth=244)。如果biCompression为BI_RGB，则该项可能为零biXPelsPerMeter指定目标设备的水平分辨率，单位是每米的象素个数，关于分辨率的概念，我们将在第4章详细介绍。biYPelsPerMeter指定目标设备的垂直分辨率，单位同上。biClrUsed指定本图象实际用到的颜色数，如果该值为零，则用到的颜色数为2biBitCount。biClrImportant指定本图象中重要的颜色数，如果该值为零，则认为所有的颜色都是重要的。第三部分为调色板Palette，当然，这里是对那些需要调色板的位图文件而言的。有些位图，如真彩色图，是不需要调色板的，BITMAPINFOHEADER后直接是位图数据。调色板实际上是一个数组，共有biClrUsed个元素(如果该值为零，则有2biBitCount个元素)。数组中每个元素的类型是一个RGBQUAD结构，占4个字节，其定义如下：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; 第四部分就是实际的图象数据了。对于用到调色板的位图，图象数据就是该象素颜色在调色板中的索引值。对于真彩色图，图象数据就是实际的R、G、B值。下面针对2色、16色、256色位图和真彩色位图分别介绍。对于2色位图，用1位就可以表示该象素的颜色(一般0表示黑，1表示白)，所以一个字节可以表示8个象素。对于16色位图，用4位可以表示一个象素的颜色，所以一个字节可以表示2个象素。对于256色位图，一个字节刚好可以表示1个象素。对于真彩色图，三个字节才能表示1个象素，哇，好费空间呀！没办法，谁叫你想让图的颜色显得更亮丽呢，有得必有失嘛。要注意两点：(1) 每一行的字节数必须是4的整倍数，如果不是，则需要补齐。见前面介绍biSizeImage。(2) 一般来说，.bMP文件的数据从下到上，从左到右的。也就是说，从文件中最先读到的是图象最下面一行的左边第一个象素，然后是左边第二个象素接下来是倒数第二行左边第一个象素，左边第二个象素依次类推 ，最后得到的是最上面一行的最右一个象素。1.3 显示一个bmp文件的C程序下面的函数LoadBmpFile，其功能是从一个.bmp文件中读取数据(包括BITMAPINFOHEADER，调色板和实际图象数据)，将其存储在一个全局内存句柄hImgData中，这个hImgData将在以后的图象处理程序中用到。同时填写一个类型为HBITMAP的全局变量hBitmap和一个类型为HPALETTE的全局变量hPalette。这两个变量将在处理WM_PAINT消息时用到，用来显示位图。该函数的两个参数分别是用来显示位图的窗口句柄，和.bmp文件名(全路径)。当函数成功时，返回TRUE，否则返回FALSE。BITMAPFILEHEADER bf;BITMAPINFOHEADER bi;BOOL LoadBmpFile (HWND hWnd,char *BmpFileName) HFILE hf; /文件句柄/指向BITMAPINFOHEADER结构的指针LPBITMAPINFOHEADER lpImgData; LOGPALETTE *pPal; /指向逻辑调色板结构的指针LPRGBQUAD lpRGB; /指向RGBQUAD结构的指针HPALETTE hPrevPalette; /用来保存设备中原来的调色板HDC hDc; /设备句柄HLOCAL hPal; /存储调色板的局部内存句柄DWORD LineBytes; /每一行的字节数DWORD ImgSize; /实际的图象数据占用的字节数/实际用到的颜色数 ，即调色板数组中的颜色个数DWORD NumColors; DWORD i;if(hf=_lopen(BmpFileName,OF_READ)=HFILE_ERROR)MessageBox(hWnd,File c:test.bmp not found!,Error Message,MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);return FALSE; /打开文件错误，返回/将BITMAPFILEHEADER结构从文件中读出，填写到bf中_lread(hf,(LPSTR)&bf,sizeof(BITMAPFILEHEADER); /将BITMAPINFOHEADER结构从文件中读出，填写到bi中_lread(hf,(LPSTR)&bi,sizeof(BITMAPINFOHEADER);/我们定义了一个宏 #define WIDTHBYTES(i) (i+31)/32*4)上面曾经/提到过，每一行的字节数必须是4的整倍数，只要调用/WIDTHBYTES(bi.biWidth*bi.biBitCount)就能完成这一换算。举一个例/子，对于2色图，如果图象宽是31，则每一行需要31位存储，合3个/字节加7位，因为字节数必须是4的整倍数，所以应该是4，而此时的/biWidth=31,biBitCount=1,WIDTHBYTES(31*1)=4，和我们设想的一样。/再举一个256色的例子，如果图象宽是31，则每一行需要31个字节存/储，因为字节数必须是4的整倍数，所以应该是32，而此时的/biWidth=31,biBitCount=8,WIDTHBYTES(31*8)=32，我们设想的一样。你可/以多举几个例子来验证一下/LineBytes为每一行的字节数LineBytes=(DWORD)WIDTHBYTES(bi.biWidth*bi.biBitCount);/ImgSize为实际的图象数据占用的字节数ImgSize=(DWORD)LineBytes*bi.biHeight;/NumColors为实际用到的颜色数 ，即调色板数组中的颜色个数if(bi.biClrUsed!=0)/如果bi.biClrUsed不为零，即为实际用到的颜色数NumColors=(DWORD)bi.biClrUsed; else /否则，用到的颜色数为2biBitCount。switch(bi.biBitCount)case 1:NumColors=2; break; case 4:NumColors=16; break; case 8: NumColors=256; break; case 24: NumColors=0; /对于真彩色图，没用到调色板 break;default: /不处理其它的颜色数，认为出错。MessageBox(hWnd,Invalid color numbers!,Error Message,MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);_lclose(hf); return FALSE; /关闭文件，返回FALSEif(bf.bfOffBits!=(DWORD)(NumColors*sizeof(RGBQUAD)+sizeof(BITMAPFILEHEADER)+sizeof(BITMAPINFOHEADER)/计算出的偏移量与实际偏移量不符，一定是颜色数出错 MessageBox(hWnd,Invalid color numbers!,Error Message,MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);_lclose(hf);return FALSE; /关闭文件，返回FALSEbf.bfSize=sizeof(BITMAPFILEHEADER)+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+NumColors*sizeof(RGBQUAD)+ImgSize;/分配内存，大小为BITMAPINFOHEADER结构长度加调色板+实际位图if(hImgData=GlobalAlloc(GHND,(DWORD)(sizeof(BITMAPINFOHEADER)+NumColors*sizeof(RGBQUAD)+ImgSize)=NULL)/分配内存错误MessageBox(hWnd,Error alloc memory!,ErrorMessage,MB_OK| MB_ICONEXCLAMATION);_lclose(hf);return FALSE; /关闭文件，返回FALSE/指针lpImgData指向该内存区lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData); /文件指针重新定位到BITMAPINFOHEADER开始处_llseek(hf,sizeof(BITMAPFILEHEADER),SEEK_SET);/将文件内容读入lpImgData_hread(hf,(char *)lpImgData,(long)sizeof(BITMAPINFOHEADER)+(long)NumColors*sizeof(RGBQUAD)+ImgSize);_lclose(hf); /关闭文件if(NumColors!=0) /NumColors不为零，说明用到了调色板/为逻辑调色板分配局部内存，大小为逻辑调色板结构长度加/NumColors个PALETTENTRYhPal=LocalAlloc(LHND,sizeof(LOGPALETTE)+NumColors* sizeof(PALETTEENTRY);/指针pPal指向该内存区pPal =(LOGPALETTE *)LocalLock(hPal); /填写逻辑调色板结构的头pPal-palNumEntries = NumColors; pPal-palVersion = 0x300;/lpRGB指向的是调色板开始的位置lpRGB = (LPRGBQUAD)(LPSTR)lpImgData +(DWORD)sizeof(BITMAPINFOHEADER);/填写每一项for (i = 0; i palPalEntryi.peRed=lpRGB-rgbRed;pPal-palPalEntryi.peGreen=lpRGB-rgbGreen;pPal-palPalEntryi.peBlue=lpRGB-rgbBlue;pPal-palPalEntryi.peFlags=(BYTE)0;lpRGB+; /指针移到下一项/产生逻辑调色板，hPalette是一个全局变量hPalette=CreatePalette(pPal);/释放局部内存LocalUnlock(hPal);LocalFree(hPal);/获得设备上下文句柄hDc=GetDC(hWnd);if(hPalette) /如果刚才产生了逻辑调色板/将新的逻辑调色板选入DC，将旧的逻辑调色板句柄保存在/hPrevPalettehPrevPalette=SelectPalette(hDc,hPalette,FALSE);RealizePalette(hDc);/产生位图句柄hBitmap=CreateDIBitmap(hDc,(LPBITMAPINFOHEADER)lpImgData, (LONG)CBM_INIT,(LPSTR)lpImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+NumColors*sizeof(RGBQUAD),(LPBITMAPINFO)lpImgData, DIB_RGB_COLORS);/将原来的调色板(如果有的话)选入设备上下文句柄if(hPalette & hPrevPalette)SelectPalette(hDc,hPrevPalette,FALSE);RealizePalette(hDc);ReleaseDC(hWnd,hDc); /释放设备上下文GlobalUnlock(hImgData); /解锁内存区return TRUE; /成功返回对上面的程序要说明两点：(1) 对于需要调色板的图，要想正确地显示，必须根据bmp文件，产生逻辑调色板。产生的方法是：为逻辑调色板指针分配内存，大小为逻辑调色板结构(LOGPALETTE)长度加NumColors个PALETTENTRY大小(调色板的每一项都是一个PALETTEENTRY结构)；填写逻辑调色板结构的头pPal-palNumEntries = NumColors; pPal-palVersion = 0x300；从文件中读取调色板的RGB值，填写到每一项中；产生逻辑调色板：hPalette=CreatePalette(pPal)。(2) 产生位图(BITMAP)句柄，该项工作由函数CreateDIBitmap来完成。hBitmap=CreateDIBitmap(hDc,(LPBITMAPINFOHEADER)lpImgData, (LONG)CBM_INIT,(LPSTR)lpImgData+sizeof(BITMAPINFOHEADER)+NumColors*sizeof(RGBQUAD),(LPBITMAPINFO)lpImgData, DIB_RGB_COLORS);CreateDIBitmap的作用是产生一个和Windows设备无关的位图。该函数的第一项参数为设备上下文句柄。如果位图用到了调色板，要在调用CreateDIBitmap之前将逻辑调色板选入该设备上下文中，产生hBitmap后，再把原调色板选入该设备上下文中，并释放该上下文；第二项为指向BITMAPINFOHEADER的指针；第三项就用常量CBM_INI，不用考虑；第四项为指向调色板的指针；第五项为指向BITMAPINFO(包括BITMAPINFOHEADER,调色板,及实际的图象数据)的指针；第六项就用常量DIB_RGB_COLORS，不用考虑。上面提到了设备上下文，Windows操作系统统一管理着诸如显示，打印等操作，将它们看作是一个个的设备，每一个设备都有一个复杂的数据结构来维护。所谓设备上下文就是指这个数据结构。然而，我们不能直接和这些设备上下文打交道，只能通过引用标识它的句柄(实际上是一个整数)，让Windows去做相应的处理。产生的逻辑调色板句柄hPalette和位图句柄hBitmap要在处理WM_PAINT消息时使用，这样才能在屏幕上显示出来，处理过程如下面的程序。Static HDC hDC,hMemDC;PAINTSTRUCT ps;case WM_PAINT:hDC = BeginPaint(hwnd, &ps); /获得屏幕设备上下文if (hBitmap) /hBitmap一开始是NULL，当不为NULL时表示有图hMemDC = CreateCompatibleDC(hDC); /建立一个内存设备上下文if (hPalette) /有调色板/将调色板选入屏幕设备上下文SelectPalette (hDC, hPalette, FALSE); /将调色板选入内存设备上下文SelectPalette (hMemDC, hpalette, FALSE);RealizePalette (hDC);/将位图选入内存设备上下文SelectObject(hMemDC, hBitmap);/显示位图BitBlt(hDC, 0, 0, bi.biWidth, bi.biHeight, hMemDC, 0, 0, SRCCOPY);/释放内存设备上下文DeleteDC(hMemDC);/释放屏幕设备上下文EndPaint(hwnd, &ps);break;在上面的程序中，我们调用CreateCompatibleDC创建一个内存设备上下文。SelectObject函数将与设备无关的位图选入内存设备上下文中。然后我们调用BitBlt函数在内存设备上下文和屏幕设备上下文中进行位拷贝。由于所有操作都是在内存中进行，所以速度很快。BitBlt函数的参数分别为：1.目标设备上下文，在上面的程序里，为屏幕设备上下文，如果改成打印设备上下文，就不是显示位图，而是打印；2.目标矩形左上角点x坐标；3. 目标矩形左上角点y坐标，在上面的程序中，2和3为(0，0)，表示显示在窗口的左上角；4.目标矩形的宽度；5. 目标矩形的高度；6. 源设备上下文，在上面的程序里，为内存设备上下文；7. 源矩形左上角点x坐标；8. 源矩形左上角点y坐标；9.操作方式，在这里为SRCCOPY，表示直接将源矩形拷贝到目标矩形。还可以是反色，擦除，做“与”运算等操作，具体细节见VC+帮助。你可以试着改改第2、3、4、5、7、8、9项参数，就能体会到它们的含义了。在本书的附盘中包含所有的源程序，包括头文件和资源文件和例图。特别要注意的是，退出时，别忘了释放内存和资源，这是每个程序员应该养成的习惯。这些个程序并不是很完善，例如，如果一幅图很大，屏幕显示不下怎么办？你可以试着自己加上滚动条。另外，为了节省篇幅，.bmp文件名被固定为c:test.bmp，可以自己加入打开文件对话框，任意选择你要显示的文件。图1.4为程序运行时的画面。图1.4 运行时的画面最后，再介绍一个命令行编译的窍门。为什么要用命令行编译呢？主要有两个好处：第一，不用进入IDE(集成开发环境)，节省了时间，而且编译速度也比较快；第二，对于简单的程序，不用生成项目文件.mdp或.mak，直接就能生成.exe文件，这一点，在下面的例子中可以看到。在安装完Visual C+时，在bin目录下会产生一个VCVARS32.BAT文件，它的作用是在命令行编译时设置正确的环境变量，如存放头文件的INCLUDE目录，存放库文件的LIB目录等。如果你没找到这个批处理文件，可以参考下面的例子，自己做一个批处理。echo offset MSDevDir=d:MSDEVset VcOsDir=WIN95set PATH=%MSDevDir%BIN;%MSDevDir%BIN%VcOsDir%;%PATH%set INCLUDE=%MSDevDir%INCLUDE;%MSDevDir%MFCINCLUDE;%INCLUDE%set LIB=%MSDevDir%LIB;%MSDevDir%MFCLIB;%LIB%set VcOsDir=只要把上面的“d:MSDEV”改成你自己的VC目录就可以了。在DOS PROMPT下执行该批处理文件，执行set命令，你就能看到新设置的环境变量了。如下所示：PATH=D:MSDEVBIN;D:MSDEVBINWIN95;C:WIN95;C:WIN95COMMAND;C:WIN95SYSTEM;INCLUDE=d:msdevINCLUDE;d:msdevMFCINCLUDE;LIB=d:msdevLIB;d:msdevMFCLIB;现在我们就可以进行命令行编译了。首先编译资源文件，输入rc bmp.rc，将生成bmp.res文件，接着输入cl bmp.c bmp.res user32.lib gdi32.lib，就生成bmp.exe 了。可以看到，我们并没有用到项目文件，所以，对于这种简单的程序来说，使用命令行编译还是非常方便的。有时命令行编译会出现“Out of enviroment space”的错误,那是因为缺省的初始环境变量内存太小，首先执行command /e:2048 (或更大)命令即可解决改问题。使用ide的方法是：new project，类型是win32 application-empty project，然后把.h,.rc,.c文件add to project编译即可。好了，运行bmp.exe，欣赏一下你今天的劳动成果。第2章 图象的几何变换这一章我们将介绍图象的几何变换，包括图象的平移、旋转、镜象变换、转置、放缩等。如果你熟悉矩阵运算，你将发现，实现这些变换是非常容易的。2.1 平移平移(translation)变换大概是几何变换中最简单的一种了。如图2.1所示，初始坐标为(x0,y0)的点经过平移(tx,ty)(以向右，向下为正方向)后，坐标变为(x1,y1)。这两点之间的关系是x1=x0+tx ，y1=y0+ty。图2.1 平移的示意图以矩阵的形式表示为（2.1）我们更关心其逆变换（2.2）(2.1)，其逆变换：这是因为：我们想知道的是平移后的图象中每个象素的颜色。例如我们想知道，新图中左上角点的RGB值是多少？很显然，该点是原图的某点经过平移后得到的，这两点的颜色肯定是一样的，所以只要知道了原图那点的RGB值即可。那么到底新图中的左上角点对应原图中的哪一点呢？将左上角点的坐标(0,0)入公式(2.2)，得到x0=-tx ，y0=-ty；所以新图中的(0,0)点的颜色和原图中(-tx , -ty)的一样。这样就存在问题1：如果新图中有一点(x1,y1)，按照公式(2.2)得到的(x0,y0)不在原图中该怎么办？通常的做法是，把该点的RGB值统一设成(0,0,0)或者(255,255,255)。问题2是：平移后的图象是否要放大？一种做法是不放大，移出的部分被截断。例如，图2.2为原图，图2.3为移动后的图。这种处理，文件大小不会改变。还有一种做法是：将图象放大，使得能够显示下所有部分，如图2.4所示。这种处理，文件大小要改变。设原图的宽和高分别是w1,h1则新图的宽和高变为w1+|tx|和h1+|ty|，加绝对值符号是因为tx, ty有可能为负(即向左，向上移动)。图2.2 移动前的图 图2.3 移动后的图图 2.4 移动后图象被放大下面的函数Translation采用的是第一种做法，即移出的部分被截断。在给出源代码之前，先说明一个问题。如果你用过Photoshop,Corel PhotoPaint等图象处理软件，可能听说过“灰度图”(grayscale)这个词。灰度图是指只含亮度信息，不含色彩信息的图象，就象我们平时看到的黑白照片：亮度由暗到明，变化是连续的。因此，要表示灰度图，就需要把亮度值进行量化。通常划分成0到255共256个级别，其中0最暗(全黑)，255最亮(全白)。.bmp格式的文件中，并没有灰度图这个概念，但是，我们可以很容易在.bmp文件中表示灰度图。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。也就是说RGB值从(0，0，0)，(1，1，1)一直到(255，255，255)。(0，0，0)是全黑色，(255，255，255)是全白色，中间的是灰色。这样，灰度图就可以用256色图来表示了。为什么会这样呢？难道是一种巧合？其实并不是。在表示颜色的方法中，除了RGB外，还有一种叫YUV的表示方法，应用也很多。电视信号中用的就是一种类似于YUV的颜色表示方法。在这种表示方法中，Y分量的物理含义就是亮度，U和V分量代表了色差信号(你不必了解什么是色差，只要知道有这么一个概念就可以了)。使用这种表示方法有很多好处，最主要的有两点：(1) 因为Y代表了亮度，所以Y分量包含了灰度图的所有信息，只用Y分量就能完全能够表示出一幅灰度图来。当同时考虑U，V分量时，就能够表示出彩色信息来。这样，用同一种表示方法可以很方便的在灰度和彩色图之间切换，而RGB表示方法就做不到这一点了。(2) 人眼对于亮度信号非常敏感，而对色差信号的敏感程度相对较弱。也就是说，图象的主要信息包含在Y分量中。这就提示我们：如果在对YUV信号进行量化时，可以“偏心”一点，让Y的量化级别多一些(谁让它重要呢？)而让UV的量化级别少一些，就可以实现图象信息的压缩。这一点将在第9章介绍图象压缩时仔细研究，这里就不深入讨论了。而RGB的表示方法就做不到这一点，因为RGB三个分量同等重要，缺了谁也不行。YUV和RGB之间有着如下的对应关系 (2.3) (2.4)当RGB三个分量的大小一样时，假设都是a，代入公式(2.3)，得到Y=a，U=0，V=0 。不是巧合的原因在此。使用灰度图有一个好处，那就是方便。首先RGB的值都一样；其次，图象数据即调色板索引值，也就是实际的RGB值，也就是亮度值；另外，因为是256色调色板，所以图象数据中一个字节代表一个象素，很整齐。如果是2色图或16色图，还要拼凑字节，很麻烦。如果是彩色的256色图，由于图象处理后有可能会产生不属于这256种颜色的新颜色，就更麻烦了；这一点，今后你就会有深刻体会的。所以，做图象处理时，一般采用灰度图。为了将重点放在算法本身上，今后给出的程序如不做特殊说明，都是针对256级灰度图的。其它颜色的情况，你可以自己想一想，把算法补全。若想得到一幅灰度图，可以使用Sea或者PhotoShop等软件提供的颜色转换功能将彩色图转换成灰度图。好了，言归正传，下面给出Translation的源代码。算法的思想是先将所有区域填成白色，然后找平移后显示区域的左上角点(x0,y0) 和右下角点(x1,y1) ，分几种情况进行处理。先看x方向(width指图象的宽度)(1) tx-width：很显然，图象完全移出了屏幕，不用做任何处理；(2) -widthtx0：如图2.5所示。容易看出，图象区域的x范围从0到width-|tx|,对应原图的范围从|tx|到width；(3) 0 tx width：如图2.6所示。容易看出，图象区域的x范围从tx 到width，对应原图的范围从0到width - tx ；(4) tx width：很显然，图象完全移出了屏幕，不用做任何处理。y方向是对应的(height表示图象的高度)：(1) ty-height，图象完全移出了屏幕，不用做任何处理；(2) -heightty0，图象区域的y范围从0到height-|ty|,对应原图的范围从|ty|到height；(3) 0tyheight ，图象区域的y范围从ty到height,对应原图的范围从0到height-ty；(4) tyheight，图象完全移出了屏幕，不用做任何处理。这种做法利用了位图存储的连续性，即同一行的象素在内存中是相邻的。利用memcpy函数，从(x0,y0)点开始，一次可以拷贝一整行(宽度为x1x0)，然后将内存指针移到(x0,y0+1)处，拷贝下一行。这样拷贝(y1-y0)行就完成了全部操作，避免了一个一个象素的计算，提高了效率。Translation的源代码如下：图2.5 tx0，ty0的情况图 2.6 0 txwidth，0tyheight的情况int xOffset=0,yOffset=0;BOOL Translation(HWND hWnd)DLGPROC dlgInputBox = NULL;DWORD OffBits,BufSize;LPBITMAPINFOHEADER lpImgData;LPSTR lpPtr;HLOCAL hTempImgData;LPBITMAPINFOHEADER lpTempImgData;LPSTR lpTempPtr;int SrcX0,SrcY0,SrcX1,SrcY1;int DstX0,DstY0,DstX1,DstY1;int RectWidth,RectHeight;BOOL xVisible,yVisible;HDC hDc;HFILE hf;int i;/出现对话框，输入x偏移量xOffset，和y偏移量yOffsetdlgInputBox = (DLGPROC) MakeProcInstance ( (FARPROC)InputBox,ghInst );DialogBox (ghInst, INPUTBOX, hWnd, dlgInputBox);FreeProcInstance ( (FARPROC) dlgInputBox );/OffBits为BITMAPINFOHEADER结构长度加调色板的大小OffBits=bf.bfOffBits-sizeof(BITMAPFILEHEADER); BufSize=OffBits+bi.biHeight*LineBytes;/要开的缓冲区的大小/为新产生的位图分配缓冲区内存if(hTempImgData=LocalAlloc(LHND,BufSize)=NULL)MessageBox(hWnd,Error alloc memory!,Error Message,MB_OK|MB_ICONEXCLAMATION);return FALSE; /失败，返回/lpImgData为指向原来位图数据的指针lpImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)GlobalLock(hImgData);/lpTempImgData为指向新产生位图数据的指针lpTempImgData=(LPBITMAPINFOHEADER)LocalLock(hTempImgData);lpPtr=(char *)lpImgData;lpTempPtr=(char *)lpTempImgData;/将新的缓冲区中的每个字节都填成255，这样以后未处理的象素就是白色memset(lpTempPtr,(BYTE)255,BufSize);/两幅图之间的头信息，包括调色板都是相同的，所以直接拷贝头和调色板memcpy(lpTempPtr,lpPtr,OffBits);/xVisible为FALSE时，表示x方向已经移出了可显示的范围xVisible=TRUE; if( xOffset= -bi.biWidth )xVisible=FALSE; else if( xOffset=0)DstX0=0; /表示移动后，有图区域的左上角点的x坐标DstX1=bi.biWidth+xOffset; /表示移动后，有图区域的右下角点的x坐标else if ( xOffsetbi.biWidth)DstX0=xOffset;DstX1=bi.biWidth;elsexVisible=FALSE;SrcX0=DstX0-xOffset; /对应DstX0在原图中的x坐标SrcX1=DstX1-xOffset; /对应DstX1在原图中的x坐标RectWidth=DstX1-DstX0; /有图区域的宽度/yVisible为FALSE时，表示y方向已经移出了可显示的范围yVisible=TRUE; if( yOffset= -bi.biHeight )yVisible=FALSE;else