2.2　灰度位图图像和彩色位图图像

2.1节简单介绍了位图的基本情况，如8位图像和24位图像等。本节介绍灰度和彩色位图图像。

一般出版物为了降低成本，都采用灰度图像，也就是没有彩色的图像。那么，这种灰度图像属于8位图像，还是24位图像呢？具体在计算机中是如何表示的呢？这些问题参考位图的结构，如图2.4所示。

在上述结构定义中，三个结构体分别定义如下。其中，BITMAPFILEHEADER为

其各个参数含义如下：

（1）bfType：位图文件类型，必须是0x424D，即字符串"BM"，也就是说，所有的“*.bmp”文件的头2字节都是"BM"。若磁盘损坏，则可以根据这个标志位恢复部分位图数据。

（2）bfSize：位图文件大小，包括14字节。

（3）bfReserved1,bfReserved2：Windows的保留字，暂不使用。

（4）bfOffBits：从文件头到实际的位图数据的偏移字节数。

BITMAPINFOHEADER定义为：

BITMAPINFOHEADER结构体的各个参数的详细说明如下：

（1）biSize：本结构体的长度，为40 B。

（2）biWidth：位图的宽度，以像素为单位。

（3）biHeight：位图的高度，以像素为单位。

（4）biPlanes：目标设备的级别，必须是1。

（5）biBitCount：每个像素所占的位数（bit），其值必须为1（黑白图像）、4（16色图）、8（256色）、24（真彩色图），新的BMP格式支持32位色。

（6）biCompression：位图压缩类型，有效值为BI_RGB（未经压缩）、BI_RLE8、BI_RLE4、BI_BITFILEDS（均为Windows定义常量）。这里只讨论未经压缩的情况，即biCompression=BI_RGB。

（7）biSizeImage：实际的位图数据占用的字节数，该值的大小在第4部分位图数据中有具体解释。

（8）biXPelsPerMeter：指定目标设备的水平分辨率，单位是像素/米。

（9）biYPelsPerMeter：指定目标设备的垂直分辨率，单位是像素/米。

（10）biClrUsed：位图实际用到的颜色数，若该值为零，则用到的颜色数为2的biBitCount次幂。

（11）biClrImportant：位图显示过程中重要的颜色数，若该值为零，则认为所有的颜色都是重要的。

而颜色表部分实际上由占4字节的RGBQUAD结构体数组组成，该结构体数组的长度由biClrUsed指定（若该值为零，则由biBitCount指定，即2的biBitCount次幂个元素）。RGBQUAD结构体定义为：

其各个参数定义如下：

（1）rgbBlue：该种颜色的蓝色分量值；

（2）rgbGreen：该种颜色的绿色分量值；

（3）rgbRed：该种颜色的红色分量值；

（4）rgbReserved：保留值，有时可用来表示α通道值。

有些位图需要颜色表，而有些位图（如真彩色图）不需要颜色表，颜色表的长度由BITMAPINFOHEADER结构中的biBitCount分量决定。对于biBitCount值为1的二值图像，每像素占 1bit，图像中只有两种（如黑白）颜色，颜色表也就有21=2个表项，整个颜色表的大小为2×sizeof（RGBQUAD）=2×4=8 B；对于biBitCount值为8的灰度图像，每像素占8bit，图像中有28=256种颜色，颜色表也就有256个表项，且每个表项的R、G、B分量都相等，整个颜色表的大小为256×4=2014 B；而对于大于256种颜色的彩色图像，如biBitCount=24，由于每像素3 B中分别代表了R、G、B三个分量的值，此时不需要颜色表，因此真彩色图的BITMAPINFOHEADER结构体后面直接就是位图数据。

注意，有的工程师在编写自己的位图类时，RGBQUAD中元素的顺序可能会翻转为R、G、B，而不是默认的B、G、R顺序，此时会导致显示器显示的图像颜色不正确。一旦出现该情况，可以根据实际情况，调试解决该问题。

第三部分是位图数据，即图像数据，其紧跟在文件头、颜色表（若有颜色表）之后，记录了图像的每个像素值。对于有颜色表的位图，位图数据就是该像素颜色在颜色表中的索引值；对于真彩色图，位图数据就是实际的R、G、B值（三个分量的存储顺序是B、G、R）。

下面分别就2色、16色、256色和真彩色位图的位图数据进行说明。

对于2色位图，用1位就可以表示该像素的颜色，所以1 B能存储8个像素的颜色值。对于16色位图，用4 bit可以表示1个像素的颜色，所以1B可以存储2个像素的颜色值。对于256色位图，1 B刚好存储1个像素的颜色值。对于真彩色位图，3 B才能表示1个像素的颜色值。但实际应用中需要注意以下特殊情况：

（1）Windows规定一个扫描行所占的字节数必须是4的倍数，若不足4的倍数则要对其进行扩充。假设图像的宽为biWidth个像素，每个像素biBitCount位，其一个扫描行所占的真实字节数的计算公式为

DataSizePerLine=（biWidth×biBitCount /8+ 3）/ 4×4

那么，在不压缩的情况下，位图数据的大小（BITMAPINFOHEADER结构中的biSizeImage成员）计算公式为

biSizeImage=DataSizePerLine×biHeight

但在实际编程实现时，往往会出现显示的图像是斜的，这一般是由于没有按照4的整数倍对齐图像数据造成的。显然，若图像每行字节数不是4的整数倍，则这时图像每行最后都用多余的字节补成4的整数倍这个方法是没用的，这些字节实际上可以用于边信息通信，如信息隐藏等。

（2）一般程序中，BMP文件的数据是从图像的左下角开始逐行扫描图像的，即从下到上、从左到右来安排图像的像素值，因此图像坐标零点在图像左下角。但有些工程师在编写程序时并没有按照这种规范，而只是简单从上到下、从左到右排列像素值，这时会造成图像倒立。例如，OpenCV中有专门的标志位来确认这种现象。