一、前言
位图（Bitmap）格式其实并不能说是一种很常见的格式（从我们日常的使用频率上来讲，远不如 .jpg .png .gif 等），因为其数据没有经过压缩，或最多只采用行程长度编码（RLE，run-length encoding）来进行轻度的无损数据压缩。以至于，LaTeX 并不能像插入 .jpg 甚至于矢量图那样便捷地插入 BMP 图片，知乎的专栏封面上传也不支持 BMP。
但是，.bmp 仍然发挥着很重要的角色。正是因为它没有进行数据压缩，其内部存储的色彩信息（灰度图，RGB 或 ARGB）直接以二进制的形式暴露在外，也十分方便借助计算机软件进行简单或深入的分析。
二、BMP文件格式
下图来自：https://en.wikipedia.org/wiki/BMP_file_format
bmp图像结构的构成：位图文件头、位图信息头、颜色表、位图数据四部分构成。
在c++中，四部分分别由结构体进行实现。
注意：
- bmp的扫描每行所占的字节数必须是4的倍数，不足4的倍数要进行扩充；
- bmp图像的坐标原点在左下角，读取方式是从下到上、从左到右。
三、实战分析
C++读取bmp文件代码示例：
//注意：BITMAPFILEHEADER、BITMAPINFOHEADER等定义在Windows系统下的WinGDI.h里面，在Linux下则没有该头文件
unsigned char* AnalysisHelper::readBmp(const std::string& bmpName, const int& img_width, const int& img_height)
{
//二进制读方式打开指定的图像文件
FILE* fp = fopen(bmpName.c_str(), "rb");
if (fp == NULL)
{
LOG_DEBUG << "readBmp: can not open invalid file:" << bmpName;
return nullptr;
}
/****正常情况下应该读取头信息中的图像宽、高等信息****
//跳过位图文件头结构BITMAPFILEHEADER(14Byte)
fseek(fp, sizeof(BITMAPFILEHEADER), 0);
//定义位图信息头结构变量，读取位图信息头BITMAPINFOHEADER(40Byte)进内存，存放在变量head中
BITMAPINFOHEADER head;
fread(&head, sizeof(BITMAPINFOHEADER), 1, fp);
//获取图像宽、高、每像素所占位数等信息
int bmpWidth = head.biWidth;
int bmpHeight = head.biHeight;
int biBitCount = head.biBitCount;
****/
//跳过位图文件头结构BITMAPFILEHEADER(14Byte)+BITMAPINFOHEADER(40Byte)
fseek(fp, 54, 0);
//灰度图像有颜色表，且颜色表表项为256
if (BIBITCOUNT == 8)
{
//申请颜色表所需要的空间，读颜色表进内存
RGBQUAD* pColorTable = new RGBQUAD[256];
fread(pColorTable, sizeof(RGBQUAD), 256, fp);
delete[] pColorTable;
}
//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）
int lineByte = (img_width * BIBITCOUNT / 8 + 3) / 4 * 4;
//申请位图数据所需要的空间，读位图数据进内存
unsigned char* pBmpBuf = new unsigned char[lineByte * img_height];
fread(pBmpBuf, 1, lineByte * img_height, fp);
fclose(fp);
return pBmpBuf;
}
下面我们将问题简化，请问要读取没有头信息的bmp数据（即只有像素矩阵），如何操作？
也许你很快能写出下面的代码：
unsigned char* readBmp_noheader(const std::string& bmpName, const int& img_width, const int& img_height)
{
//二进制读方式打开指定的图像文件
FILE* fp = fopen(bmpName.c_str(), "rb");
if (fp == NULL)
{
LOG_DEBUG << "readBmp_noheader: can not open invalid file:" << bmpName;
return nullptr;
}
const int bytes_per_pixel = BIBITCOUNT / 8;
const int lineByte = (img_width * bytes_per_pixel + 3) / 4 * 4;
//申请位图数据所需要的空间，读位图数据进内存
unsigned char* pBmpBuf = new unsigned char[lineByte * img_height];
fread(pBmpBuf, 1, lineByte * img_height, fp);
fclose(fp); //关闭文件
return pBmpBuf;
}
此外，将位图数据转换为Mat数据：
void bmp2Mat(unsigned char* pBmp, cv::Mat& mat, const int& img_width, const int& img_height)
{
// bmp的扫描每行所占的字节数必须是4的倍数，不足4的倍数要进行扩充
// bmp数据填充数据为至下而上、至左而右，mat为至上而下、至左而右
unsigned int lineSize = (img_width * BIBITCOUNT / 8 + 3) / 4 * 4;
unsigned long dataSize = lineSize * img_height;
mat.create(img_height, img_width, CV_MAKETYPE(CV_8UC1, BIBITCOUNT / 8));
memcpy(mat.data, pBmp, dataSize);
}
如果bmp文件的宽和高不是4的整数倍呢？运行上述的代码会报错，具体为memcpy时会出现访问非法内存的问题！
解决方案：
在读取没有头信息的bmp数据时，如果img_width和img_height不是4的倍数，可能会出现字节对齐的问题，导致读取的数据不完整或出现错误。因此，在使用fread读取时，需要进行补0操作以保证每一行的数据字节数都是4的倍数，从而保证数据的正确性。
根据代码中的实现，当img_width是4的倍数时，每行数据已经满足4字节对齐，因此可以直接使用fread读取。当img_width不是4的倍数时，需要在读取每一行的数据时进行补0操作，直到满足4字节对齐。
补0操作的方法是在读取每一行的数据时，根据每一行实际的字节数lineByte，读取数据的同时判断是否达到img_width字节的位置，如果没有，则继续读取，同时将多出来的字节填充为0。具体实现可以在for循环中增加一个if判断来实现。
参考：