基于标准C语言的数字图像处理基本框架

考虑到现有的数字图像处理都是基于Windows平台，都或多或少使用了Win32 API函数，不能移植到Linux或者嵌入式系统中。为了使程序可移植，采用标准C语言建立了数字图像处理的基本框架，如下图所示：

程序参考了网上一些博客的内容，并进行了改变，建立了符合自己习惯的数据结构。主要实现了bmp格式图像的打开、保存、创建、图像颜色空间转换等功能，暂时还没有添加具体的处理函数。我想，既然有了程序的框架，添加算法只是编写一个个函数的问题。

本程序具体实现的功能如下：

* 打开和保存bmp文件，这里使用自定义数据结构Bitmap，相关函数定义如下：
    bmp.h:
        int CreateBitmap(Bitmap* bmp, int width, int height, int bitCount);
        void ReleaseBitmap(Bitmap* bmp);
        int CheckPath(char *path);
        int ReadBitmap(char* path, Bitmap* bmp);
        int SaveBitmap(char* path, Bitmap* bmp);

* 图像格式转换
    basicprocess.h:
        int RGB2Gray(Bitmap* src, Bitmap* dst);
        int Gray2RGB(Bitmap* src, Bitmap* dst);
        int Gray2BW(Bitmap* src, Bitmap* dst, int threshold);
        void hsv2rgb(float H, float S, float V, float *R, float *G, float *B);
        void rgb2hsv(float R, float G, float B, float *H, float *S, float* V);

程序源码如下，欢迎大家批评指正。

  1/**//*
  2****************************************Copyright (c)**************************************************
  3**                                           Feisky
  4**                              http://www.cnblogs.com/feisky/
  5**
  6**------------------------------------- File Info ------------------------------------------------------
  7** File name:           bmp.h
  8** Last modified Date:  2009-9-25
  9** Last Version:        1.0
 10** Descriptions:        位图文件结构及基本函数定义  打开和保存bmp文件
 11**
 12** Created by:          Feisky
 13** Created date:        2009-07-25
 14** Version:             1.0
 15** Descriptions:        Preliminary version.
 16**
 17**------------------------------------------------------------------------------------------------------
 18*/
 19#ifndef BMP_H_INCLUDED
 20#define BMP_H_INCLUDED
 21
 22#include <ctype.h>
 23#include <stdio.h>
 24#include <stdlib.h>
 25#include <malloc.h>
 26#include <string.h>
 27
 28/**//**
 29 * 位图文件结构及基本函数定义  打开和保存bmp文件
 30 */
 31typedef unsigned short WORD;
 32typedef unsigned long DWORD;
 33typedef long LONG;
 34typedef unsigned char BYTE;
 35
 36/**//* 位图文件头结构 14字节 */
 37typedef struct tagBITMAPFILEHEADER {
 38    WORD bfType;
 39    DWORD bfSize;
 40    WORD bfReserved1;
 41    WORD bfReserved2;
 42    DWORD bfOffBits;
 43} BITMAPFILEHEADER;
 44
 45/**//* 位图信息头结构 40字节 */
 46typedef struct tagBITMAPINFOHEADER {
 47    DWORD biSize; // 结构长度 40B
 48    LONG biWidth;
 49    LONG biHeight;
 50    WORD biPlanes; // 1
 51    WORD biBitCount; // 表示颜色要用到的位数
 52    DWORD biCompression; // 压缩格式
 53    DWORD biSizeImage; // 位图占用字节数=biWidth'（4的整倍数）*biHeight
 54    LONG biXPelsPerMeter; // 水平分辨率
 55    LONG biYPelsPerMeter; // 垂直分辨率
 56    DWORD biClrUsed; // 本图像用到的颜色数
 57    DWORD biClrImportant; // 本图像的重要颜色数
 58} BITMAPINFOHEADER;
 59
 60/**//* 调色板 4字节 */
 61typedef struct tagRGBQUAD {
 62    BYTE rgbBlue;
 63    BYTE rgbGreen;
 64    BYTE rgbRed;
 65    BYTE rgbReserved;
 66} RGBQUAD;
 67
 68/**//* 定义图像信息 */
 69typedef struct tagBITMAPINFO {
 70    BITMAPINFOHEADER bmiHeader;
 71    RGBQUAD bmiColors[1];
 72} BITMAPINFO;
 73
 74/**//* 定义位图图像 */
 75typedef struct _Bitmap
 76{
 77    BITMAPFILEHEADER bmfh;
 78    BITMAPINFOHEADER bmih;
 79    int width;
 80    int height;
 81    int bitCount;    // 8 或者24
 82    int imageSize;    // 图像数据大小(imageSize=height*widthStep）字节
 83    BYTE* imageData;//排列的图像数据
 84    int widthStep;    //排列的图像行大小
 85}Bitmap;
 86
 87/**//**
 88 * 位图创建函数  创建一个Bitmap结构，并为图像数据分配空间
 89 *
 90 * 使用方法：
 91 *     Bitmap *bmp=(Bitmap*)malloc(sizeof(Bitmap));
 92 *     ret=CreateBitmap(bmp,50,50,3);
 93 */
 94int CreateBitmap(Bitmap* bmp, int width, int height, int bitCount)
 95{
 96    bmp->width=width;
 97    bmp->height=height;
 98    bmp->bmih.biWidth=width;
 99    bmp->bmih.biHeight=height;
100
101    bmp->widthStep=(int)((width*bitCount+31)/32)*4;        //计算排列的宽度
102    bmp->imageSize=bmp->height*bmp->widthStep*sizeof(BYTE);//计算排列的图像大小
103
104    if(bitCount==8)
105    {
106        bmp->bitCount=8;
107        bmp->bmfh.bfType=0x4d42;    //注意是4d42 这个地方折磨我一下午啊
108        bmp->bmfh.bfReserved1=0;
109        bmp->bmfh.bfReserved2=0;
110        bmp->bmih.biBitCount=8;
111        bmp->bmih.biSize=40;
112        bmp->bmih.biPlanes=1;
113        bmp->bmfh.bfSize=54+256*4+height*bmp->widthStep;
114        bmp->bmfh.bfOffBits=1078;
115        bmp->bmih.biBitCount=8;
116        bmp->bmih.biCompression=0;
117        bmp->bmih.biSizeImage=bmp->imageSize;
118        bmp->bmih.biClrUsed=0;
119        bmp->bmih.biClrImportant=0;
120        bmp->bmih.biXPelsPerMeter=0;
121        bmp->bmih.biYPelsPerMeter=0;
122    }
123    else if (bitCount==24)
124    {
125        bmp->bitCount=24;
126        bmp->bmfh.bfType=0x4d42;
127        bmp->bmih.biBitCount=24;
128        bmp->bmfh.bfReserved1=0;
129        bmp->bmfh.bfReserved2=0;
130        bmp->bmih.biSize=40;
131        bmp->bmih.biPlanes=1;
132        bmp->bmfh.bfSize=54+height*bmp->widthStep;
133        bmp->bmfh.bfOffBits=54;
134        bmp->bmih.biBitCount=24;
135        bmp->bmih.biSizeImage=bmp->imageSize;
136        bmp->bmih.biClrUsed=0;
137        bmp->bmih.biCompression=0;
138        bmp->bmih.biClrImportant=0;
139        bmp->bmih.biXPelsPerMeter=0;
140        bmp->bmih.biYPelsPerMeter=0;
141    }
142    else
143    {
144        printf("Error(CreateBitmap): only supported 8 or 24 bits bitmap.\n");
145        return -1;
146    }
147
148    bmp->imageData=(BYTE*)malloc(bmp->imageSize);        //分配数据空间
149    if(!(bmp->imageData))
150    {
151        printf("Error(CreateBitmap): can not allocate bitmap memory.\n");
152        return -1;
153    }
154    return 0;
155}
156
157/**//**
158 * 位图指针释放函数  释放位图数据空间
159 *
160 * 使用方法：
161 *     ReleaseBitmap(bmp);
162 */
163void ReleaseBitmap(Bitmap* bmp)
164{
165    free(bmp->imageData);
166    bmp->imageData=NULL;
167    free(bmp);
168    bmp=NULL;
169}
170
171/**//**
172 * 路径检查函数：是否为BMP文件，是否可读
173 * 正确返回0，错误返回-1
174 *
175 * 使用方法
176 *         ret=CheckPath(path);
177 */
178int CheckPath(char *path)
179{
180    FILE *fd;
181    int len = strlen(path) / sizeof(char);
182    char ext[3];
183    //check whether the path include the characters "bmp" at end
184    strncpy(ext, &path[len - 3], 3);
185    if (!(ext[0] == 'b' && ext[1] == 'm' && ext[2] == 'p')) {
186        printf("Error(CheckPath): the extension of the file is not bmp.\n");
187        return -1;
188    }
189
190    //check whether the file can be read or not
191    fd = fopen(path, "r");
192    if (!fd)
193    {
194        printf("Error(CheckPath): can not open the file.\n");
195        return -1;
196    }
197    fclose(fd);
198
199    return 0;
200}
201
202/**//**
203 * 从文件中读取位图函数
204 * 正确返回0，错误返回-1
205 *
206 * 使用方法：
207 *     bmp=(Bitmap*)malloc(sizeof(Bitmap));
208 *     ret=ReadBitmap(path, bmp);
209 */
210int ReadBitmap(char* path, Bitmap* bmp)
211{
212    int ret;
213    FILE *fd;
214
215    //检查路径是否可读
216    ret=CheckPath(path);
217    if(ret==-1)
218    {
219        printf("Error(ReadBitmap): the path of the image is invalid.\n");
220        return -1;
221    }
222
223    //打开文件
224    fd=fopen(path,"rb");
225    if(fd==0)
226    {
227        printf("Error(ReadBitmap): can not open the image.\n");
228        return -1;
229    }
230
231    //读取文件信息头     14字节
232    fread(&(bmp->bmfh.bfType),sizeof(WORD),1,fd);
233    fread(&(bmp->bmfh.bfSize),sizeof(DWORD),1,fd);
234    fread(&(bmp->bmfh.bfReserved1),sizeof(WORD),1,fd);
235    fread(&(bmp->bmfh.bfReserved2),sizeof(WORD),1,fd);
236    fread(&(bmp->bmfh.bfOffBits),sizeof(DWORD),1,fd);
237
238    //读取位图信息头    40字节
239    fread(&(bmp->bmih.biSize),sizeof(DWORD),1,fd);
240    fread(&(bmp->bmih.biWidth),sizeof(DWORD),1,fd);
241    fread(&(bmp->bmih.biHeight),sizeof(DWORD),1,fd);
242    fread(&(bmp->bmih.biPlanes),sizeof(WORD),1,fd);
243    fread(&(bmp->bmih.biBitCount),sizeof(WORD),1,fd);
244    fread(&(bmp->bmih.biCompression),sizeof(DWORD),1,fd);
245    fread(&(bmp->bmih.biSizeImage),sizeof(DWORD),1,fd);
246    fread(&(bmp->bmih.biXPelsPerMeter),sizeof(DWORD),1,fd);
247    fread(&(bmp->bmih.biYPelsPerMeter),sizeof(DWORD),1,fd);
248    fread(&(bmp->bmih.biClrUsed),sizeof(DWORD),1,fd);
249    fread(&(bmp->bmih.biClrImportant),sizeof(DWORD),1,fd);
250
251    //创建位图结构
252    ret=CreateBitmap(bmp, bmp->bmih.biWidth, bmp->bmih.biHeight, bmp->bmih.biBitCount);
253    if(ret==-1)
254    {
255        printf("Error(CreateBitmap): can not CreateBitmap.\n");
256        return -1;
257    }
258
259    //读取图像数据
260    //由于4字节对齐格式
261    fseek(fd,bmp->bmfh.bfOffBits,SEEK_SET);    //定位到图像数据区
262    ret=fread(bmp->imageData,bmp->imageSize,1,fd);
263    if(ret==0)
264    {
265        if(feof(fd))    //if the file pointer point to the end of the file
266        {
267        }
268        if(ferror(fd))  //if error happened while read the pixel data
269        {
270            printf("Error(ReadBitmap): can not read the pixel data.\n");
271            fclose(fd);
272            return -1;
273        }
274    }
275
276    //关闭文件
277    fclose(fd);
278    return 0;
279}
280
281/**//**
282 * 保存位图到文件中去
283 * 正确返回0，错误返回-1
284 *
285 * 使用方法：
286 *     bmp=(Bitmap*)malloc(sizeof(Bitmap));
287 *     ret=SaveBitmap(path, bmp);
288 */
289int SaveBitmap(char* path, Bitmap* bmp)
290{
291    int ret;
292    FILE *fd;
293
294    //检查路径是否正确
295    int len = strlen(path) / sizeof(char);
296    char ext[3];
297    //check whether the path include the characters "bmp" at end
298    strncpy(ext, &path[len - 3], 3);
299    if (!(ext[0] == 'b' && ext[1] == 'm' && ext[2] == 'p'))
300    {
301        printf("Error(SaveBitmap): the extension of the file is not bmp.\n");
302        return -1;
303    }
304
305    //打开文件
306    fd=fopen(path,"wb");
307    if(fd==0)
308    {
309        printf("Error(SaveBitmap): can not open the image.\n");
310        return -1;
311    }
312
313    //保存文件信息头     14字节
314    fwrite(&(bmp->bmfh.bfType),sizeof(WORD),1,fd);
315    fwrite(&(bmp->bmfh.bfSize),sizeof(DWORD),1,fd);
316    fwrite(&(bmp->bmfh.bfReserved1),sizeof(WORD),1,fd);
317    fwrite(&(bmp->bmfh.bfReserved2),sizeof(WORD),1,fd);
318    fwrite(&(bmp->bmfh.bfOffBits),sizeof(DWORD),1,fd);
319
320    //保存位图信息头    40字节
321    fwrite(&(bmp->bmih.biSize),sizeof(DWORD),1,fd);
322    fwrite(&(bmp->bmih.biWidth),sizeof(DWORD),1,fd);
323    fwrite(&(bmp->bmih.biHeight),sizeof(DWORD),1,fd);
324    fwrite(&(bmp->bmih.biPlanes),sizeof(WORD),1,fd);
325    fwrite(&(bmp->bmih.biBitCount),sizeof(WORD),1,fd);
326    fwrite(&(bmp->bmih.biCompression),sizeof(DWORD),1,fd);
327    fwrite(&(bmp->bmih.biSizeImage),sizeof(DWORD),1,fd);
328    fwrite(&(bmp->bmih.biXPelsPerMeter),sizeof(DWORD),1,fd);
329    fwrite(&(bmp->bmih.biYPelsPerMeter),sizeof(DWORD),1,fd);
330    fwrite(&(bmp->bmih.biClrUsed),sizeof(DWORD),1,fd);
331    fwrite(&(bmp->bmih.biClrImportant),sizeof(DWORD),1,fd);
332
333    //如果为8位，则 保存调色板
334    RGBQUAD pal[256];
335    int i;
336    if(bmp->bitCount==8)
337    {
338        for(i=0;i<256;i++)
339        {
340            pal[i].rgbBlue=i;
341            pal[i].rgbGreen=i;
342            pal[i].rgbRed=i;
343            pal[i].rgbReserved=0;
344        }
345        if(fwrite(pal,sizeof(RGBQUAD)*256,1,fd)!=1)
346        {
347            printf("Error(SaveBitmap): can not write Color Palette.\n");
348            return -1;
349        }
350    }
351
352
353    //保存图像数据
354    ret=fwrite(bmp->imageData,bmp->imageSize,1,fd);
355    if(ret!=1)
356    {
357        printf("Error(SaveBitmap): can not save the pixel data.\n");
358        return -1;
359    }
360
361    //关闭文件
362    fclose(fd);
363
364    return 0;
365}
366
367#endif // BMP_H_INCLUDED
368
369
370
371
372
373/**//*
374****************************************Copyright (c)**************************************************
375**                                           Feisky
376**                            http://www.cnblogs.com/feisky/
377**
378**------------------------------------- File Info ------------------------------------------------------
379** File name:           basicprocess.h
380** Last modified Date:  2009-9-28
381** Last Version:        1.0
382** Descriptions:        位图图像基本处理函数  图像格式转换
383**
384** Created by:          Feisky
385** Created date:        2009-9-28
386** Version:             1.0
387** Descriptions:        Preliminary version.
388**
389**------------------------------------------------------------------------------------------------------
390*/
391
392#ifndef BASICPROCESS_H_
393#define BASICPROCESS_H_
394
395#include "bmp.h"
396#include <math.h>
397/**//**
398 * <font color="#3f7f5f">位图图像基本处理函数  图像格式转换</font>
399 */
400int RGB2Gray(Bitmap* src, Bitmap* dst)
401{
402    int ret;
403    int n=0,i,j;
404    BYTE r,g,b,gray;
405
406    //检查图像格式是否合法
407    if(src->bitCount!=24)
408    {
409        printf("Error(RGB2Gray): the source image must be in RGB format.\n");
410        return -1;
411    }
412
413    //为dst图像分配数据空间
414    ret=CreateBitmap(dst,src->width,src->height,8);
415    if(ret==-1)
416    {
417        printf("Error(RGB2Gray): can't create target image.\n");
418        return -1;
419    }
420
421    //计算灰度数据
422    for(i=0;i<src->height;i++)
423    {
424        n=0;
425        for(j=0;j<src->width*3;j++,n++)
426        {
427            b=*(src->imageData+src->widthStep*(src->height-1-i)+j);
428            j++;
429            g=*(src->imageData+src->widthStep*(src->height-1-i)+j);
430            j++;
431            r=*(src->imageData+src->widthStep*(src->height-1-i)+j);
432            gray=(r*19595 + g*38469 + b*7472) >> 16;
433            *(dst->imageData+dst->widthStep*(dst->height-1-i)+n)=gray;
434        }
435    }
436
437    return 0;
438}
439
440/**//**
441 * Gray2RGB
442 *
443 * 使用方法：
444 *        bmp=(Bitmap*)malloc(sizeof(Bitmap));
445 *        ret=ReadBitmap(path, bmp);
446 *        dstbmp=(Bitmap*)malloc(sizeof(Bitmap));
447 *        ret=Gray2RGB(bmp,dstbmp);
448 */
449int Gray2RGB(Bitmap* src, Bitmap* dst)
450{
451    int ret;
452    int n=0,i,j;
453    BYTE r;
454
455    //检查图像格式是否合法
456    if(src->bitCount!=8)
457    {
458        printf("Error(Gray2RGB): the source image must be in gray scale.\n");
459        return -1;
460    }
461
462    //为dst图像分配数据空间
463    ret=CreateBitmap(dst,src->width,src->height,24);
464    if(ret==-1)
465    {
466        printf("Error(Gray2RGB): can't create target image.\n");
467        return -1;
468    }
469
470    //计算灰度数据
471    for(i=0;i<src->height;i++)
472    {
473        n=0;
474        for(j=0;j<src->width;j++,n++)
475        {
476            r=*(src->imageData+src->widthStep*(src->height-1-i)+j);
477            *(dst->imageData+dst->widthStep*(dst->height-1-i)+n)=r;
478            n++;
479            *(dst->imageData+dst->widthStep*(dst->height-1-i)+n)=r;
480            n++;
481            *(dst->imageData+dst->widthStep*(dst->height-1-i)+n)=r;
482        }
483    }
484
485    return 0;
486}
487
488/**//**
489 * Gray2BW 图像二值化
490 *
491 * 使用方法：
492 *        bmp=(Bitmap*)malloc(sizeof(Bitmap));
493 *        ret=ReadBitmap(path, bmp);
494 *        dstbmp=(Bitmap*)malloc(sizeof(Bitmap));
495 *        ret=Gray2BW(bmp,dstbmp);
496 */
497int Gray2BW(Bitmap* src, Bitmap* dst, int threshold)
498{
499    int ret;
500    int n=0,i,j;
501    BYTE r;
502
503    //检查图像格式是否合法
504    if(src->bitCount!=8)
505    {
506        printf("Error(Gray2BW): the source image must be in gray scale.\n");
507        return -1;
508    }
509
510    //为dst图像分配数据空间
511    ret=CreateBitmap(dst,src->width,src->height,8);
512    if(ret==-1)
513    {
514        printf("Error(Gray2BW): can't create target image.\n");
515        return -1;
516    }
517
518    //计算灰度数据
519    for(i=0;i<src->height;i++)
520    {
521        for(j=0;j<src->width;j++,n++)
522        {
523            r=*(src->imageData+src->widthStep*(src->height-1-i)+j);
524            if(r>=threshold)
525            {
526                n=255;
527            }
528            else
529            {
530                n=0;
531            }
532            *(dst->imageData+dst->widthStep*(dst->height-1-i)+j)=n;
533        }
534    }
535
536    return 0;
537}
538
539/**//**
540 *  rgb2hsv
541 *  r,g,b values are from 0 to 1
542 *  h = [0,360], s = [0,1], v = [0,1]
543 *  if s == 0, then h = -1 (undefined)
544 *  使用方法：
545 *      rgb2hsv(0.2,0.3,0.3,&x,&y,&z);
546 */
547void rgb2hsv(float R, float G, float B, float *H, float *S, float* V)
548{
549    float min, max, delta,tmp;
550    tmp = R<G?R:G;
551    min = tmp<B?tmp:B;
552    tmp = R>G?R:G;
553    max = tmp>B?tmp:B;
554    *V = max; // v
555
556    delta = max - min;
557
558    if( max != 0 )
559      *S = delta / max; // s
560    else
561    {
562       // r = g = b = 0 // s = 0, v is undefined
563      *S = 0;
564      *H = -1;
565      return;
566    }
567    if( R == max )
568        *H = ( G - B ) / delta; // between yellow & magenta
569   else if( G == max )
570        *H = 2 + ( B - R ) / delta; // between cyan & yellow
571   else
572       *H = 4 + ( R - G ) / delta; // between magenta & cyan
573
574    (*H) *= 60; // degrees
575    if( *H < 0 )
576       (*H) += 360;
577}
578
579
580/**//**
581 *  hsv2rgb
582 *  r,g,b values are from 0 to 1
583 *  h = [0,360], s = [0,1], v = [0,1]
584 *  if s == 0, then h = -1 (undefined)
585 *  使用方法：
586 *       hsv2rgb(60,0.3,0.5,&x,&y,&z);
587 */
588void hsv2rgb(float H, float S, float V, float *R, float *G, float *B)
589{
590     int i;
591    float f, p, q, t;
592
593    if( S == 0 )
594    {
595        *R =*G = *B = V;
596        return;
597    }
598
599    H /= 60; // sector 0 to 5
600    i = floor( H );
601    f = H - i; // factorial part of h
602    p = V * ( 1 - S );
603    q = V * ( 1 - S * f );
604    t = V * ( 1 - S * ( 1 - f ) );
605
606    switch( i )
607    {
608    case 0:
609        *R = V;
610        *G = t;
611        *B = p;
612       break;
613    case 1:
614       *R = q;
615       *G = V;
616       *B = p;
617       break;
618    case 2:
619       *R = p;
620       *G = V;
621       *B = t;
622       break;
623    case 3:
624       *R = p;
625       *G = q;
626       *B = V;
627       break;
628    case 4:
629       *R = t;
630       *G = p;
631       *B = V;
632       break;
633    default: // case 5:
634       *R = V;
635       *G = p;
636       *B = q;
637       break;
638    }
639}
640
641/**//**
642 * 直方图均衡化
643 * 返回 0正确 -1错误
644 */
645int HistEqualization(Bitmap* dstBmp, Bitmap* srcBmp)
646{
647    return 0;
648}
649
650/**//*
651 * 中值滤波
652*/
653
654int MedFilt(Bitmap* dstBmp, Bitmap* srcBmp)
655{
656    return 0;
657}
658
659#endif /* BASICPROCESS_H_ */