RGB颜色空间与BMP格式图片

RGB颜色空间

RGB可以分为两大类：一种是索引形式，一种是像素形式：

索引形式：存储每个像素在调色板中的索引
- RGB1：每个像素用1bit表示，调色板中只包含两种颜色（黑白）
- RGB4：每个像素用4bit表示，调色板中包含16种颜色
- RGB8：每个像素用4bit表示，调色板中包含255种颜色
像素形式：存储每个像素的R、G、B值，需要注意存储顺序从低位到高位则是 B、G、R
- RGB 565：每个像素占16bit（2字节），RGB分量分别使用5位、6位、5位
- RGB 888：每个像素24bit（3字节）
- ARGB 8888：每个像素32bit（4字节），A 表示透明度

BMP格式图片

BMP 全称 Bitmap-File，是微软出的图像文件格式，它没有进行任何压缩，所以可以直观看出每个像素在文件中如何存储。
存储可以分为如下四部分：

BMP文件头(14 bytes) ，存放一些文件相关的信息。
Bitmap 信息头，通常是 40 bytes 大小，存放一些图像相关的信息，例如宽高之类的数据。
调色板，在RGB索引形式时才会有，大小由颜色索引决定。
位图数据

BMP信息头

1-2字节：魔数，Windows中使用 BM
3-6字节：BMP文件大小
7-10字节：保留字节，均为0
11-14字节：位图数据的偏移值，即从哪个字节开始为位图数据

使用HXD软件打开可以看到二进制数据：
在这里插入图片描述

Bitmap信息头

15-18字节：Bitmap信息头大小
19-22字节：图像的宽度
23-26字节：图像的高度
27-28字节：color planes，通常为1
29-30字节：每个像素用多少位存储
31-34字节：压缩类型，没有压缩用0表示
35-38字节：图像大小（宽 x 高 x 每像素位数）
39-42字节：水平分辨率
43-45字节：垂直分辨率
46-49字节：颜色索引表，只有RGB索引形式才使用
50-53字节：对图像显示有重要影响的颜色索引数码，只有RGB索引形式才使用

在这里插入图片描述

位图数据

存储顺序有两点注意：

使用小端序存储，所以排列顺序为 B、G、R，例如第一个像素的 B = 0x42，G = 0x39，R = 0x42
最开始的位置表示的图片左下角位置，逐行往上

在这里插入图片描述

代码实现

如下是一段命令行程序，作用是截取当前屏幕，并将其保存为BMP文件

#include <Windows.h>
#include <iostream>
#include <fstream>

using namespace std;

int main()
{
	// 获取屏幕尺寸
	int screenWidth = GetSystemMetrics(SM_CXSCREEN);
	int screenHeight = GetSystemMetrics(SM_CYSCREEN);

	// 获取设备屏幕的上下文句柄
	HDC hdcScreen = GetDC(NULL);
	// 创建与屏幕兼容的上下文句柄
	HDC hdcMem = CreateCompatibleDC(hdcScreen);
	// 创建与屏幕兼容的 Bitmap
	HBITMAP hbmScreen = CreateCompatibleBitmap(hdcScreen, screenWidth, screenHeight);
	// 将 Bitmap 放入 hdcMem 中
	SelectObject(hdcMem, hbmScreen);
	// 截屏
	BitBlt(hdcMem, 0, 0, screenWidth, screenHeight, hdcScreen, 0, 0, SRCCOPY);

	// 每个像素占用位数
	int bitCount = 24;
	// bitmap 所有像素占用的字节数
	int bitmapSize = screenWidth * screenHeight * (bitCount / 8);

	// 创建 Bitmap Info Header
	BITMAPINFOHEADER bitmapInfoHeader;
	// 40字节
	bitmapInfoHeader.biSize = sizeof(BITMAPINFOHEADER);
	bitmapInfoHeader.biWidth = screenWidth;
	bitmapInfoHeader.biHeight = screenHeight;
	// 颜色平面数，一般为1
	bitmapInfoHeader.biPlanes = 1;
	// 24位色彩深度
	bitmapInfoHeader.biBitCount = bitCount;
	bitmapInfoHeader.biCompression = BI_RGB;
	// 图片数据大小
	bitmapInfoHeader.biSizeImage = bitmapSize;
	bitmapInfoHeader.biXPelsPerMeter = 0;
	bitmapInfoHeader.biYPelsPerMeter = 0;
	bitmapInfoHeader.biClrUsed = 0;
	bitmapInfoHeader.biClrImportant = 0;
	// 创建 Bitmap Info
	BITMAPINFO bitmapInfo;
	bitmapInfo.bmiHeader = bitmapInfoHeader;

	// 获取与设备无关的 Bitmap
	char* bitmapBuffer = (char*)malloc(bitmapSize);
	GetDIBits(hdcScreen, hbmScreen, 0, screenHeight, bitmapBuffer, &bitmapInfo, DIB_RGB_COLORS);

	// 创建 Bitmap file header
	BITMAPFILEHEADER fileHeader;
	// "BM"
	fileHeader.bfType = 0x4d42;
	fileHeader.bfReserved1 = 0;
	fileHeader.bfReserved2 = 0;
	// 文件大小
	fileHeader.bfSize = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER) + bitmapSize;
	// 位图数据的偏移量
	fileHeader.bfOffBits = sizeof(BITMAPFILEHEADER) + sizeof(BITMAPINFOHEADER);

	// 创建文件
	ofstream bmpFile("screen_short.bmp", ios::binary | ios::app);
	// 写入 Bitmap file header
	bmpFile.write(reinterpret_cast<char*>(&fileHeader), sizeof(BITMAPFILEHEADER));
	// 写入 Bitmap info header
	bmpFile.write(reinterpret_cast<char*>(&bitmapInfoHeader), sizeof(BITMAPINFOHEADER));
	// 写入图片像素数据
	bmpFile.write(bitmapBuffer, bitmapSize);
	bmpFile.close();

	free(bitmapBuffer);
	DeleteObject(hbmScreen);
	ReleaseDC(NULL, hdcScreen);
	ReleaseDC(NULL, hdcMem);
}