在前两部文章介绍了几种边缘检测算法，和位图的内存结构。如果对前两篇文章已经理解透彻
了，那么本文将带你进入数字图像处理的世界。
本文通过C代码实现基本的sobel边缘检测，包括8个方向和垂直方向:
代码参考之前一篇--一个实例弄清楚位图的存储结构。
同样，代码中附有详细解释，于是我不再对代码作过多讲解：
头文件TestBmp.h如下：
1 typedef unsigned char BYTE; 2 typedef unsigned short WORD; 3 typedef unsigned int DWORD; 4 typedef long LONG; 5 6 //位图文件头定义; 7 //其中不包含文件类型信息（由于结构体的内存结构决定， 8 //要是加了的话将不能正确读取文件信息） 9 typedef struct tagBITMAPFILEHEADER{ 10 //WORD bfType;//文件类型，必须是0x424D，即字符“BM” 11 DWORD bfSize;//文件大小 12 WORD bfReserved1;//保留字 13 WORD bfReserved2;//保留字 14 DWORD bfOffBits;//从文件头到实际位图数据的偏移字节数 15 }BITMAPFILEHEADER; 16 17 typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{ 18 DWORD biSize;//信息头大小 19 LONG biWidth;//图像宽度 20 LONG biHeight;//图像高度 21 WORD biPlanes;//位平面数，必须为1 22 WORD biBitCount;//每像素位数 23 DWORD biCompression; //压缩类型 24 DWORD biSizeImage; //压缩图像大小字节数 25 LONG biXPelsPerMeter; //水平分辨率 26 LONG biYPelsPerMeter; //垂直分辨率 27 DWORD biClrUsed; //位图实际用到的色彩数 28 DWORD biClrImportant; //本位图中重要的色彩数 29 }BITMAPINFOHEADER; //位图信息头定义 30 31 typedef struct tagRGBQUAD{ 32 BYTE rgbBlue; //该颜色的蓝色分量 33 BYTE rgbGreen; //该颜色的绿色分量 34 BYTE rgbRed; //该颜色的红色分量 35 BYTE rgbReserved; //保留值 36 }RGBQUAD;//调色板定义
源文件TestBmp.cpp如下：
1 #include<math.h> 2 #include <iomanip.h> 3 #include <stdlib.h> 4 #include <windows.h> 5 #include <stdio.h> 6 #include <stdlib.h> 7 #include <fstream.h> 8 9 10 11 12 /************************************************************************/ 13 14 /*以下该模块是完成BMP图像(彩色图像是24bit RGB各8bit)的像素获取， 15 16 并存在文件名为xiang_su_zhi.txt中 17 */ 18 /************************************************************************/ 19 20 //用到的全局变量 21 22 unsigned char *pBmpBuf;//读入图像数据的指针 23 24 int bmpWidth;//图像的宽 25 26 int bmpHeight;//图像的高 27 28 RGBQUAD *pColorTable;//颜色表指针 29 30 int biBitCount;//图像类型，每像素位数 31 32 /*static s[8][9]={ 33 {-1,-2,-1,0,0,0,1,2,1}, 34 {0,-1,-2,1,0,-1,2,1,0}, 35 {1,0,-1,2,0,-2,1,0,-1}, 36 {2,1,0,1,0,-1,0,-1,-2}, 37 {1,2,1,0,0,0,-1,-2,-1}, 38 {0,1,2,-1,0,1,-2,-1,0}, 39 {-1,0,1,-2,0,2,-1,0,1}, 40 {-2,-1,0,-1,0,1,0,1,2} 41 };*/ 42 43 static s[9]={-1,0,1,-2,0,2,-1,0,1}; 44 45 46 /************************************************************************/ 47 48 /* 读图像的位图数据、宽、高、颜色表及 49 50 每像素位数等数据进内存，存放在相应的全局变量中 51 */ 52 /************************************************************************/ 53 54 bool readBmp(char *bmpName) 55 { 56 57 FILE *fp=fopen(bmpName,"rb");//二进制只读方式打开指定的图像文件 58 59 if(fp==0) //判断文件是否正确打开 60 return 0; 61 62 63 //跳过位图文件头结构BITMAPFILEHEADER,使得文件指针指向信息头的开始 64 fseek(fp, sizeof(BITMAPFILEHEADER),0); 65 66 //定义位图信息头结构变量，读取位图信息头进内存，存放在变量head中,为了获取图像的宽,高,每像素所占位数 67 BITMAPINFOHEADER head; 68 fread(&head, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1,fp); 69 70 //获取图像宽、高、每像素所占位数等信息 71 bmpWidth = head.biWidth; 72 bmpHeight = head.biHeight; 73 biBitCount = head.biBitCount; 74 75 //定义变量，计算图像每行像素所占的字节数（必须是4的倍数） 76 int lineByte=(bmpWidth * biBitCount/8+3)/4*4; 77 78 //灰度图像有颜色表(调色板)，且颜色表表项为256 79 if(biBitCount==8) 80 { 81 //申请颜色表所需要的空间，读颜色表进内存 82 pColorTable=new RGBQUAD[256]; //申请256种颜色表大小的内存 83 fread(pColorTable,sizeof(RGBQUAD),256,fp); //读取概灰度图的颜色表到pColorTable所指向的内存中 84 } 85 86 //申请位图数据所需要的空间，读位图数据进pBmpBuf指向的内存 87 pBmpBuf=new unsigned char[lineByte * bmpHeight]; 88 fread(pBmpBuf,1,lineByte * bmpHeight,fp); 89 90 91 fclose(fp);//关闭文件 92 return 1;//读取文件成功 93 94 } 95 96 97 98 99 /************************************************************************/ 100 101 /* 给定一个图像位图数据、宽、高、颜色表指针及 102 103 每像素所占的位数等信息,将其写到指定文件中 104 */ 105 /************************************************************************/ 106 107 bool saveBmp(char *bmpName, unsigned char *imgBuf, int width, int height, int biBitCount, RGBQUAD *pColorTable) 108 { 109 //如果位图数据指针为0，则没有数据传入，函数返回 110 if(!imgBuf) 111 return 0; 112 113 //颜色表大小，以字节为单位，灰度图像颜色表为1024字节，彩色图像颜色表大小为0 114 int colorTablesize=0; 115 116 if(biBitCount==8) 117 colorTablesize=1024;//一个RGBQUAD(颜色)结构占四个字节,对于8位的灰度图而言,一共有256*4=1024个字节大小的颜色表 118 119 //待存储图像数据每行字节数为4的倍数 120 int lineByte=(width * biBitCount/8+3)/4*4; 121 122 //以二进制写的方式打开文件 123 FILE *fp=fopen(bmpName,"wb"); 124 if(fp==0) 125 return 0; 126 127 //申请位图文件头结构变量，填写文件头信息 128 BITMAPFILEHEADER fileHead; 129 fileHead.bfType = 0x4D42;//bmp类型 130 131 //bfSize是图像文件4个组成部分之和 132 fileHead.bfSize= sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER) + colorTablesize + lineByte*height; 133 fileHead.bfReserved1 = 0; 134 fileHead.bfReserved2 = 0; 135 136 137 //bfOffBits是图像文件前3个部分所需空间之和 138 fileHead.bfOffBits=54+colorTablesize; 139 140 //写文件头进文件 141 fwrite(&fileHead, sizeof(BITMAPFILEHEADER),1, fp); 142 143 144 //申请位图信息头结构变量，填写信息头信息 145 BITMAPINFOHEADER head; 146 head.biBitCount=biBitCount; 147 head.biClrImportant=0; 148 head.biClrUsed=0; 149 head.biCompression=0; 150 head.biHeight=height; 151 head.biPlanes=1; 152 head.biSize=40; 153 head.biSizeImage=lineByte*height; 154 head.biWidth=width; 155 head.biXPelsPerMeter=0; 156 head.biYPelsPerMeter=0; 157 158 //写位图信息头进内存 159 fwrite(&head, sizeof(BITMAPINFOHEADER),1, fp); 160 161 //如果灰度图像，有颜色表，写入文件 162 if(biBitCount==8) 163 fwrite(pColorTable, sizeof(RGBQUAD),256, fp); 164 165 //写位图数据进文件 166 fwrite(imgBuf, height*lineByte, 1, fp); 167 168 //关闭文件 169 fclose(fp); 170 return 1; 171 } 172 173 174 175 176 177 void sobel() 178 { 179 //读入指定BMP文件进内存 180 char readPath[]="line.bmp"; 181 182 //读取图像信息 183 readBmp(readPath); 184 185 //输出图像的信息 宽度（单位像素） 高度(单位像素) 每个像素的位数 186 cout<<"width="<<bmpWidth<<" height="<<bmpHeight<<" biBitCount="<<biBitCount<<endl; 187 188 //每行字节数(图像数据真正的宽度) 189 int RealWidth=(bmpWidth*biBitCount/8+3)/4*4; 190 191 192 BYTE *pBmpSobel=new BYTE[RealWidth*bmpHeight]; 193 memset(pBmpSobel,0,RealWidth*bmpHeight); 194 195 196 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 197 //八个方向的Sobel边缘检测 198 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 199 200 /* int d,max; 201 202 for(int y=1;y<bmpHeight-1;y++) 203 { 204 for(int x=1;x<RealWidth-1;x++) 205 { 206 max=0; 207 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 208 //分别从八个方向进行Sobel边缘化，上 下 左 右，左上，左下，右上，右下 209 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 210 for(int i=0;i<8;i++) 211 { 212 d=0; 213 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 214 //一个sobel算子和一个3*3的像素矩阵相乘得到一个边缘图像像素值 215 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 216 for(int y2=0;y2<3;y2++) 217 for(int x2=0;x2<3;x2++) 218 { 219 d+=s[i][x2+y2*3]*pBmpBuf[(y-1+y2)*RealWidth+x-1+x2]; 220 } 221 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 222 223 224 if(d>max)max=d; //取出八个方向上的最大值保存在max中，作为灰度图某像素点的边缘像素值 225 } 226 if(max>255)max=255; //将边缘像素值大于255的像素点 像素值置为255（白色） 227 pBmpSobel[y*RealWidth+x]=(BYTE)max; 228 } 229 }*/ 230 231 232 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 233 //一个方向的Sobel边缘检测(垂直方向) 234 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 235 236 int d; 237 238 for(int y=1;y<bmpHeight-1;y++) 239 { 240 for(int x=1;x<RealWidth-1;x++) 241 { 242 d=0; 243 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 244 //一个sobel算子和一个3*3的像素矩阵相乘得到一个边缘图像像素值 245 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 246 for(int y2=0;y2<3;y2++) 247 for(int x2=0;x2<3;x2++) 248 { 249 d+=s[x2+y2*3]*pBmpBuf[(y-1+y2)*RealWidth+x-1+x2]; 250 } 251 ////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 252 253 if(d>255)d=255; //将边缘像素值大于255的像素点 像素值置为255（白色） 254 if(d<0)d=0; //将边缘像素值大于255的像素点 像素值置为255（黑色） 255 pBmpSobel[y*RealWidth+x]=(BYTE)d; 256 } 257 } 258 259 260 //将图像数据存盘 261 262 char writePath[]="f.bmp"; 263 264 //图片处理后再存储 265 saveBmp(writePath, pBmpSobel, bmpWidth, bmpHeight, biBitCount, pColorTable); 266 267 268 //清除缓冲区，pBmpBuf和pColorTable是全局变量，在文件读入时申请的空间 269 delete []pBmpBuf; 270 delete []pBmpSobel; 271 272 if(biBitCount==8) 273 delete []pColorTable; 274 } 275 276 277 278 /************************************************************************/ 279 280 /* 主函数 */ 281 282 /************************************************************************/ 283 284 285 void main() 286 { 287 sobel(); 288 }
灰度原图line.bmp（垂直方向上）：
垂直方向的sobel图为f.bmp：
八个方向的灰度原图test.bmp:
八个方向的sobel边缘结果图f.bmp:
对该灰度原图的垂直sobel：
