数字图像与机器视觉基础入门——图片格式入门学习（BMP）

数字图像与机器视觉基础入门——图片格式入门学习（BMP）

1）用图画板或其他图像编辑软件(Photoshop/GIMP、cximage、IrfanView等)打开一个彩色图像文件，将其分别保存为 32位、16位彩色和256色、16色、单色的位图（BMP)文件，对比其文件大小，并计算分析这些图片在内存中的存储容量是多少？当保存为BMP文件时，将用文件头来记录图像的属性，请问：BMP文件头是多大？是什么格式？上述5个类型的BMP的文件头内容有什么差异？

一、位图(BMP)

1、简介

BMP是英文Bitmap的简写，它是Windows操作系统中的标准图像文件格式，能够被多种Windows应用程序所支持。随着Windows操作系统的流行与丰富的Windows应用程序的开发，BMP位图格式理所当然地被广泛应用。这种格式的特点是包含的图像信息较丰富，几乎不进行压缩，但由此导致了它与生俱来的缺点--占用磁盘空间过大。所以，BMP在单机上比较流行。

位图文件的总体构造如下

BMP文件的数据按照从文件头开始的先后顺序分为四个部分：

1bmp文件头(bmp file header)：提供文件的格式、大小等信息

2位图信息头(bitmap information)：提供图像数据的尺寸、位平面数、压缩方式、颜色索引等信息

3调色板(color palette)：调色板就是索引与其对应的颜色的映射表

4位图数据(bitmap data)：保存的各个像素的颜色，也就是图像数据

下面结合Windows结构体的定义，通过一个表来分析这四个部分。

我们先将，将jpg格式的原图分别保存为单色，16色，24色，256位图，再分析具体内容，转换成bmp的结果大小分别如下

我们再通过notepad++将文件读取成为hex格式分析每个部分

（PS:在bmp文件中如果一个数据需要用几个字节来表示的话，那么该数据的存放字节顺序为“低地址村存放低位数据，高地址存放高位数据”，即小端方式也就是倒过来的）

2、文件头

正如前面说的文件头包含了图片的相关文件信息，具体的内容介绍如下表

对照着我们刚刚的图片进行分析，通过notepad打开单色位图文件，然后使用hexeditor打开

在0--1 他的数据时 424d,424dh = 'BM',表示这是Windows支持的位图格式。有很多声称开头两个字节必须为'BM'才是位图文件，从上表来看应为开头两个字节必须为'BM'才是Windows位图文件。

2-5 ：0697beh 这个是表示的这个图片的大小

通过进制转换可以得到为432062，对比文件信息发现是一致的

6-9 ：这里为保留字段都要为0

A-D：0000003e 表示这图片数据的偏移字节，转化为十进制为62，再在后面可以验证这个数字

3、位图信息头

同样地，Windows为位图信息头定义了如下结构体：

继续对照数据文件

0E-11：00000028h = 40,这就是说我这个位图信息头的大小为40个字节，前面我们已经说过位图信息头一般有40个字节，既然是这样，为什么这里还要给一个字段来说明呢？当时由于要区别不同的版本字节头是有不同大小的，如下图所示

​ 出于兼容性的考虑，大多数应用使用了旧版的位图信息头来保存文件。而 OS/2 已经过时了,因此现在最常用的格式就仅有V3 header了。因此，我们在前面说位图信息头的大小为40字节。

12-15：000008fch = 2300，表示图像宽为2300像素，

16-19：000005dch = 1500，表示图像高为1500像素。还有通过这里可以发现这是一个正数，说明图像数据是从图像左下角到右上角排列的。

通过查看图片属性发现是一致的，这个图片就是2300*1500像素大小的

1A-1B：0001h, 该值总为1。

1C-1D：0001h = 1, 表示每个像素占1个比特，即该图像共有2种颜色。由于这里是单色位图所以是温和的

1E-21：00000000h，代表BI_RGB， 说明本图像不压缩。

22-25：00069780h，在使用BI_RGB时可以设置为0，但我这里他表示是图像的大小

26-29：00001274h，水平分辨率

2A-2D：00001274h，垂直分辨率

2E-31：00000000h ,本来表示的本位图实际使用的颜色索引数，阅读上文的表格可得知这个图片这里为0表示需要所有的调色板项

32-35：00000000h ,本来说明本位图重要的颜色索引数为多少，这个图片这里为零表示都很重要。

4、调色板

下面的数据就是调色板了。调色板其实是一张映射表，标识颜色索引号与其代表的颜色的对应关系。它在文件中的布局就像一个二维数组 其中N表示总的颜色索引数，每个里头的四个元素分别表示该索引对应的B、G、R和Alpha的值，每个分量占一个字节。如不设透明通道时，Alpha为0。

在我这里使用的图片中，只有2个颜色索引。也就是从36开始到3d的8个字节00 00 00 00 和 FF FF FF 00，由于没设透明度所以Alpha是0，只有两个颜色所以一个是白色一个是黑色。

现在我们再来看最开始的位图信息偏移量的那个62

一共有2种颜色，每个颜色占用4个字节，就是一共8个字节，再加上前面的文件信息头和位图信息头的54个字节加起来一共是62个字节。也就是说在位图数据出现之前一共有62个字节，与我们在文件信息头得到的信息：文件头到文图数据区的偏移为62个字节一致，也就是像0A--0D中数据一样，位图文件从3E开始。

5、位图数据

下面就是位图数据了，每个像素占一个字节，取得这个字节后，以该字节为索引查询相应的颜色，并显示到相应的显示设备上就可以了。

注意：由于位图信息头中的图像高度是正数，所以位图数据在文件中的排列顺序是从左下角到右上角，以行为主序排列的。

也即我们见到的第一个像素60是图像最左下角的数据，第二个人像素60为图像最后一行第二列的数据，…一直到最后一行的最后一列数据，后面紧接的是倒数第二行的第一列的数据，依此类推。

如果图像是24位或是32位数据的位图的话，位图数据区就不是索引而是实际的像素值了。下面说明一下，此时位图数据区的每个像素的RGB颜色阵列排布：

24位RGB按照BGR的顺序来存储每个像素的各颜色通道的值，一个像素的所有颜色分量值都存完后才存下一个下一个像素，不进行交织存储。

32位数据按照BGRA的顺序存储，其余与24位位图的方式一样。

像素的排布规则与前述一致。

2）将一幅彩色照片分别保存为BMP、JPG、GIF和PNG格式，对比它们的文件大小比，判断图像的压缩保存后的压缩比率。

二、其他图片格式以及图像压缩比率

首先依然是将原图存储为另外几种格式的图片，查看文件大小如下

对比文件大小可以发现，png压缩约为20%,jpg约为5%,gif约为10%

（关于另外几种图片格式具体内容以后有机会在学习，再对这博客进行补充吧，先完成作业要紧😀）

参考网站：

https://blog.csdn.net/nicholas_duan/article/details/90717599