北工大數(shù)字圖像處理bmp圖像的直方圖均衡實(shí)驗(yàn)

1、數(shù)字圖像處理實(shí)驗(yàn)報(bào)告11024118 李錫蒙實(shí)驗(yàn)要求：1. 打開bmp圖像，打印圖像基本參數(shù)，比如長、寬、像素?cái)?shù)等。2. 給一幅圖像，統(tǒng)計(jì)灰度直方圖，進(jìn)行一次直方圖均衡操作，比較直方圖均衡前后，直方圖分布的變化。實(shí)驗(yàn)原理：位圖數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式：BMP圖像文件被分成4個(gè)部分：位圖文件頭（Bitmap File Header）、位圖信息頭（Bitmap Info Header）、顏色表（Color Map）和位圖數(shù)據(jù)（即圖像數(shù)據(jù)，Data Bits或Data Body）。第1部分為位圖文件頭BITMAPFILEHEADER，是一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型，該結(jié)構(gòu)的長度是固定的，為14個(gè)字節(jié)。其定義如下：typed

2、ef struct tagBITMAPFILEHEADERWORD bfType;  DWORD bfSize；  WORD bfReserved1;  WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; BITMAPFILEHEADER, FAR *LPBITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;第2部分為位圖信息頭BITMAPINFOHEADER，也是一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的長度也是固定的，為40個(gè)字節(jié)（WORD為無符號(hào)16位整數(shù)，DWORD為無符號(hào)32位整數(shù)，LONG為32位整數(shù)）

3、。其定義如下：typedef struct tagBITMAPINFOHEADERDWORD biSize;     LONG biWidth;    LONG biHeight;    WORD biPlanes;    WORD biBitCount   DWORD biCompression;  DWORD biSizeImage;   LONG biXPelsPerMeter;  LONG biYP

4、elsPerMeter;  DWORD biClrUsed;  DWORD biClrImportant;  BITMAPINFOHEADER, FAR *LPBITMAPINFOHEADER, *PBITMAPINFOHEADER;第3部分為顏色表。顏色表實(shí)際上是一個(gè)RGBQUAD結(jié)構(gòu)的數(shù)組，數(shù)組的長度由biClrUsed指定（如果該值為零，則由biBitCount指定，即2的biBitCount次冪個(gè)元素）。RGBQUAD結(jié)構(gòu)是一個(gè)結(jié)構(gòu)體類型，占4個(gè)字節(jié)，其定義如下：typedef struct tagRGBQUADBYTE rgbBlue;BYTE

5、 rgbGreen;BYTE rgbRed;BYTE rgbReserved;RGBQUAD;第4部分是位圖數(shù)據(jù)，即圖像數(shù)據(jù)，其緊跟在位圖文件頭、位圖信息頭和顏色表（如果有顏色表的話）之后，記錄了圖像的每一個(gè)像素值。BMP文件分為4個(gè)組成部分，那么BMP文件的讀入也要按照4個(gè)組成部分依次進(jìn)行處理，即先處理BITMAPFILEHEADER結(jié)構(gòu)，然后是BITMAPINFOHEADER結(jié)構(gòu)、顏色表，最后是位圖數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)1遇到的問題和難點(diǎn)：1. 其中若想調(diào)用上圖中出現(xiàn)的WORD、DWORD、LONG等數(shù)據(jù)類型，需要在程序開始時(shí)加#include "Windows.h"即可。2. f

6、read(&fileheader,sizeof(BITMAPFILEHEADER,1,inputfile;fread(&head,sizeof(BITMAPINFOHEADER,1,inputfile;fread(pColorTable,sizeof(RGBQUAD,256,inputfile;fread(pBmpBuf,1,lineByte * bmpHeight,inputfile;一定要按照位圖文件頭（Bitmap File Header）、位圖信息頭（Bitmap Info Header）、顏色表（Color Map）和位圖數(shù)據(jù)（即圖像數(shù)據(jù)，Data Bits或Data

7、 Body）的順序進(jìn)行讀取，如上所示。3. lineByte=(bmpWidth * biBitCount/8+3/4*4;計(jì)算圖像每行像素所占的字節(jié)數(shù)，必須將其長度擴(kuò)展為4的倍數(shù)，再進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的讀取。實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 顯示的信息包含如下幾方面：1. ImageType：圖像文件類型；圖中顯示為“BM”，表示該圖像為BMP格式。2. FileSize：圖像文件大??；圖中顯示為251078，與下圖中圖像屬性中大小一致。3. Width：圖像寬度；圖中顯示為500。4. Height：圖像高度；圖中顯示為500。5. BitCount：每個(gè)像素所占的位數(shù)（bit）；圖中顯示為8，表示圖像為28=256

8、色。6. Compression：壓縮類型。7. SizeImage：圖像數(shù)據(jù)實(shí)際占用的字節(jié)數(shù)。直方圖均衡化：實(shí)現(xiàn)步驟：1. 統(tǒng)計(jì)各個(gè)灰度級(jí)的像素點(diǎn)數(shù)，即求得灰度直方圖2. 歸一化，用各灰度級(jí)的像素點(diǎn)數(shù)除以整個(gè)圖像的像素?cái)?shù)，得到0、1間的概率值3. 用累計(jì)求和法求轉(zhuǎn)換后的灰度級(jí)，如求n級(jí)灰度均衡化后的新灰度級(jí)，需要把0到n級(jí)的概率累加起來，計(jì)算所得到的值與哪個(gè)灰度級(jí)更靠近，該灰度級(jí)即為轉(zhuǎn)換后的灰度級(jí)4. 進(jìn)行灰度級(jí)轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)2遇到的難點(diǎn)和問題：1. 用累加求和算出的值與灰度級(jí)貼近，如計(jì)算值在0/255和1/255之間，通過比較該值與(0+1/(255*2的大小可知與0/255和1/255哪個(gè)更為

9、靠近，大于時(shí)與1/255更接近，否則為0/255,。這個(gè)操作是必要的，這樣比較后得出的轉(zhuǎn)換灰度值才更準(zhǔn)確的。2. fwrite(&fileheader,sizeof(BITMAPFILEHEADER,1,outputfile;fwrite(&head,sizeof(BITMAPINFOHEADER,1,outputfile; fwrite(pColorTable,sizeof(RGBQUAD,256,outputfile; fwrite(pBmpBuf,1,lineByte * bmpHeight,outputfile;寫文件的順序與讀一樣。4. 除了第四部分位圖數(shù)據(jù)中原來的灰

10、度級(jí)變成了轉(zhuǎn)換后的灰度級(jí)，其他三部分的數(shù)據(jù)是完全一致的，所以實(shí)驗(yàn)中我將待進(jìn)行直方圖均衡圖像的位圖文件頭、位圖信息頭和顏色表信息讀取出來后直接寫入轉(zhuǎn)換后的文件，再添加轉(zhuǎn)換后位圖數(shù)據(jù)即可。5. 直方圖的實(shí)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)中我用的是VC的控制臺(tái)界面編寫的程序，畫圖不是很方便，但是有一個(gè)很好用的字符printf("%c",219;ASCII為219號(hào)的字符為一個(gè)實(shí)心的黑方塊，可以用來畫直方圖，但是由于控制臺(tái)的顯示大小有限，我將直方圖的長、寬都減小了，所以會(huì)丟失一些灰度級(jí)的數(shù)據(jù)，但是大體直方圖的特征還是能表現(xiàn)的很好的，尤其是直方圖均衡化前后直方圖的分布明顯不同，可以滿足觀察轉(zhuǎn)換結(jié)果的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：1. 當(dāng)灰度值分布在高灰度值時(shí)的情況(即曝光時(shí)間較長，如下圖圖2，圖像偏亮。圖2 圖2的直方圖圖2的灰度直方圖顯示的情況與分析的結(jié)果相同，灰度級(jí)只分布在直方圖的高灰度值部分，無低灰度值成分，導(dǎo)致圖像亮度偏高。圖filter-2上圖filter-2為圖2進(jìn)行直方圖均衡后重新生成的圖像，可直觀感覺到低灰度值(暗的成分明顯增多，圖像灰度成分