从零开始做一个简单的数字图像处理系统

作者: 共醉明月Nessa | 来源:发表于2019-02-09 09:29 被阅读0次

此文章为数组图像处理课程设计的笔记。项目我放在了我的GitHub上。这个系统要求用纯VC++实现以下功能：

Open BMP file
打开一个BMP文件，并在窗口中显示出来。
Save to new BMP file
将当前视图保存为一个新的BMP文件（先弹出一个对话框，输入一个BMP文件名）。
Display file header
按如下的格式显示文件头信息：

头信息格式
Get pixel value
取某个位置像素的颜色值，并显示出来。
Set pixel value
设置某个位置像素的颜色值，并显示出来。

功能(4)和(5)所需的参数从对话框中获取。前面5个功能对灰度图像和彩色图像都适用，后面的功能仅要求针对灰度图像。

Image interpolation
图像缩放：x和y方向的缩放因子、插值算法选择（最邻近和双线性），从对话框中获取。需要将图像缩放的结果显示出来。
Median filtering
实现3x3的中值滤波，并将结果显示出来。
Gaussian smoothing
从对话框中获取高斯函数的均方差，对图像做高斯平滑，并将结果显示出来。

功能(9) ~ (13)是选做题。

Histogram equalization
直方图均衡化，并将结果显示出来。
Sharpening by gradient
实现基于梯度的图像锐化，所需参数从对话框中获取，将锐化结果显示出来。
Bilateral filtering
实现双边滤波，参数sigma_d和sigma_R从对话框中获取，并将结果显示出来。
Add impulse noise
在图像中加入脉冲噪声，噪声密度和类型从对话框中获取，将噪声图像显示出来。
Canny edge detection
实现Canny算子边缘检测，并将结果显示出来。

由于Qt把HWND和HDC这种平台相关的数据类型全都封装好了，没有提供直接的操作接口，我决定用Qt自己的绘图设备比如QImage实现这些功能。虽然用的数据类型是封装好的，但是图片读取、显示和处理算法都在像素级别处理。主要是MFC真的苦手啊。

以下分功能进行记录。

0 主界面和数据结构设计

本图像处理系统需要一个用户友好的可操作界面。我们可以用Qt自带的设计功能来实现这个界面。新建一个MainWindow工程，Qt会自动给你生成mainwindow.h，mainwindow.cpp和mainwindow.ui。我在新建工程时，为了和以后可能新建的mianwindow窗口区分，将这个mainwindow类改名成了psmainwindow类。我们先打开mainwindow.ui，进行界面的设计。
设计过程中，为了能够进行良好的布局、且能够让所有控件随窗口大小改变而改变，我们需要用到Qt的布局管理器，具体参见这篇文章：

第5篇基础（五）Qt布局管理器

我做出的界面是这个样子的：

主界面

其中，每个菜单项下拉内容如下：

File菜单

ImageProcessing菜单

About菜单没有下拉项。

界面设计结构如下：

界面层级结构

接下来需要进行数据结构的设计。为了打开一张BMP图片，我们首先要知道BMP图片是如何被存储的，之后才能够对其设计数据结构，读出图像放入内存。
为了学习BMP图像的存储，有两个资料可供参考。一个是B站上的一个数字图像处理课：
数字图像处理-Digital Image Processing (DIP)
还有一篇博客：
图像识别_2010暑期实训有感【二】
BMP图像文件的数据结构如下：

//bmpfile.h
#ifndef BMPFILE_H
#define BMPFILE_H

#include <QtGlobal>
#include <QDebug>

typedef unsigned char BYTE;
typedef unsigned short WORD;//2byte
typedef unsigned int DWORD;//4byte
typedef qint32 LONG;//long 32bit

//位图文件头定义;
//其中不包含文件类型信息（由于结构体的内存结构决定，
//要是加了的话将不能正确读取文件信息）
typedef struct  tagBITMAPFILEHEADER{
    WORD bfType;//文件类型，必须是0x424D，即字符“BM”
    DWORD bfSize;//文件大小
    WORD bfReserved1;//保留字
    WORD bfReserved2;//保留字
    DWORD bfOffBits;//从文件头到实际位图数据的偏移字节数
}BITMAPFILEHEADER;

typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
    DWORD biSize;//信息头大小
    LONG biWidth;//图像宽度
    LONG biHeight;//图像高度
    WORD biPlanes;//位平面数，必须为1
    WORD biBitCount;//每像素位数:1,4,8,24
    DWORD  biCompression; //压缩类型
    DWORD  biSizeImage; //压缩图像大小字节数
    LONG  biXPelsPerMeter; //水平分辨率
    LONG  biYPelsPerMeter; //垂直分辨率
    DWORD  biClrUsed; //位图实际用到的色彩数
    DWORD  biClrImportant; //本位图中重要的色彩数
}BITMAPINFOHEADER; //位图信息头定义

typedef struct tagRGBQUAD{//24位时没有这个
    BYTE rgbBlue; //该颜色的蓝色分量
    BYTE rgbGreen; //该颜色的绿色分量
    BYTE rgbRed; //该颜色的红色分量
    BYTE rgbReserved; //保留值
}RGBQUAD;//调色板定义

//像素信息：24位
typedef struct tagIMAGEDATA
{
    BYTE blue;//当1，4，8时，用blue存储信息
    BYTE green;
    BYTE red;
}IMAGEDATA;


#endif // BMPFILE_H

为了方便对这个数据结构进行操作，我定义了BMPIMG类，用于存储整张图像：

#ifndef BMPIMG_H
#define BMPIMG_H

#include <QtCore/QString>
#include <QFile>
#include <QMessageBox>
#include <QDataStream>
#include <QImage>

#include <bmpfile.h>

class BMPIMG
{
private:
    BITMAPFILEHEADER fileHeader;
    BITMAPINFOHEADER infoHeader;
    RGBQUAD *rgbQuad;
    IMAGEDATA *imgData;
};

#endif // BMPIMG_H

1 Open BMP file

功能说明：打开一个BMP文件，并在窗口中显示出来。

为了实现这个功能，首先需要能够获得图片的路径地址，这里我们需要使用到Qt的文件对话框类，具体使用说明参见这个文章：

【Qt笔记】标准对话框--文件对话框

在Action Editor中，右键单击actionOpen_BMP_file动作，点击“转到槽”，即可跳转到槽函数，也就是Open BMP File项被点击之后会运行的函数。
在槽函数中添加添加获取图片地址的逻辑：

void PSMainWindow::on_actionOpen_BMP_file_triggered()
{
    QString path = QFileDialog::getOpenFileName(this, tr("Open Image"), ".", tr("Image Files(*.bmp)"));
    if(path.length() == 0) {
        QMessageBox::information(this, tr("Path"), tr("You didn't select any files."));
    }
}

之后我们需要通过图片路径读取图片。我将这个逻辑放在了BMPIMG类中，通过构造函数实现读取一张图片、并把图片信息保存在BMPIMG对象中，然后才能显示。

1.1 读取图片

定义bool getImage(QString filename)函数。
用QFile打开路径文件，并用QDataStream进行数据读取。参考文章：

QT基础(七)----File文件读写

这部分代码如下

bool BMPIMG::getImage(QString filename)
{
    qDebug()<<"open file: " + filename;
    //open file
    QFile file(filename);
    if(!file.open(QIODevice::ReadOnly)){//open file failed
        QMessageBox::warning(0, "Waring", "open file " + filename + " failed!", QMessageBox::Yes);
        return false;
    }
    QDataStream dataStream(&file);
}

之后开始读取文件内容。参考文章如下：

首先读取开头2个字节，即fileHeader.bfType，判断是不是“BM”，即16进制的424D，从而判断选中的是否是BMP图像。如果是则进行后续操作，不是则弹出警告对话框，并返回false。

bool BMPIMG::getImage(QString filename)
{
    //前面代码省略
    //read file header
    dataStream>>fileHeader.bfType;

    if(fileHeader.bfType != 0x424D){//bfType != "BM"
        QMessageBox::warning(0, "Waring", "file " + filename + " is not a BMP image!", QMessageBox::Yes);
        return false;
    }
}

之后开始读取图片的其余头数据，即fileHeader和infoHeader。要注意的是，BMP文件是小端存储，即低位在前，高位在后，比如读取数据3A 00 00 00，实际上是00 00 00 3A，也就是3A；而Qt的QDataStream类则是默认的大端读取，所以我们要先设置一下大小端，再进行数据的读取。参考文章：

【QT】Qt对大小端字节序的处理

bool BMPIMG::getImage(QString filename)
{
    //前略
    dataStream.setByteOrder(QDataStream::LittleEndian);
    dataStream>>fileHeader.bfSize;
    dataStream>>fileHeader.bfReserved1;
    dataStream>>fileHeader.bfReserved2;
    dataStream>>fileHeader.bfOffBits;

    //read info header
    qDebug()<<"reading info header...";
    dataStream>>infoHeader.biSize;
    dataStream>>infoHeader.biWidth;
    dataStream>>infoHeader.biHeight;
    dataStream>>infoHeader.biPlanes;
    dataStream>>infoHeader.biBitCount;
    dataStream>>infoHeader.biCompression; //压缩类型
    dataStream>>infoHeader.biSizeImage; //压缩图像大小字节数
    dataStream>>infoHeader.biXPelsPerMeter; //水平分辨率
    dataStream>>infoHeader.biYPelsPerMeter; //垂直分辨率
    dataStream>>infoHeader.biClrUsed; //位图实际用到的色彩数
}

这里有一个坑：256色bmp位图，有时biClrUsed会被存储为0。所以我在函数中添加了一个判断：如果是8位存储的图像且biClrUsed = 0，则将biClrUsed赋值为256。

bool BMPIMG::getImage(QString filename)
{
    //前略
    if(infoHeader.biClrUsed == 0 && infoHeader.biBitCount == 8)
        infoHeader.biClrUsed = 256;
    dataStream>>infoHeader.biClrImportant; //本位图中重要的色彩数
}

接下来读取调色盘数据。需要注意的是，如果图片是24位存储的话，则没有调色盘数据，而直接在image data中存储RGB值，所以需要做一下判断。

bool BMPIMG::getImage(QString filename)
{
    //前略
    if(infoHeader.biBitCount != 24){
        //read rgbquad
        qDebug()<<"reading rgbquad...";
        rgbQuad = (RGBQUAD*)malloc(sizeof(RGBQUAD) * infoHeader.biClrUsed);
        for(unsigned int nCounti=0; nCounti<infoHeader.biClrUsed; nCounti++){
            dataStream>>(*(rgbQuad + nCounti)).rgbBlue;
            dataStream>>(*(rgbQuad + nCounti)).rgbGreen;
            dataStream>>(*(rgbQuad + nCounti)).rgbRed;
            dataStream>>(*(rgbQuad + nCounti)).rgbReserved;
        }
    }
}

同样的，在读取image data的时候也要对存储深度、即biBitCount做一下判断。如果是24位真彩色图像，则RGB三个变量都需要用到；如果是8位的话只需要存储到rgbBlue里就可以。
这里需要注意的是，需要把位数对齐！！！！bmp位图的数据在存储时，会把每一行的数据对齐到4的倍数，比如一个宽为7的图像，每行会存储8个IMAGEDATA数据，最后一个全都是0。

bool BMPIMG::getImage(QString filename)
{
    //前略
    //read image data
    imgData = (IMAGEDATA*)malloc(sizeof(IMAGEDATA) * infoHeader.biWidth * infoHeader.biHeight);
    int cnt = 0;
    int align = (4 - (int)infoHeader.biWidth % 4) % 4;
    IMAGEDATA temp;
    switch (infoHeader.biBitCount) {
        case 8:
            for(int i = 0; i < infoHeader.biHeight; i++){
                for(int j = 0; j < infoHeader.biWidth; j++){
                    dataStream>>(*(imgData + cnt)).blue;
                    cnt++;
                }
                if(align!=0){
                    for(int k=0; k<align; k++){
                        dataStream >> temp.blue;
                    }
                }

            }
        break;
        case 24:
            for(int i = 0; i < infoHeader.biHeight; i++){
                for(int j = 0; j < infoHeader.biWidth; j++){
                    dataStream>>(*(imgData + cnt)).blue;
                    dataStream>>(*(imgData + cnt)).green;
                    dataStream>>(*(imgData + cnt)).red;
                    cnt++;
                }
                if(align!=0){
                    for(int k=0; k<align; k++){
                        dataStream >> temp.blue;
                        dataStream >> temp.green;
                        dataStream >> temp.red;
                    }
                }
            }
        break;
    }
    file.close();
    return true;
}

至此文件读取完毕。

1.2 显示图片

在显示图片之前首先了解一下坐标系的问题。根据上面提到的文章图像识别_2010暑期实训有感【二】：

一般来说，.bmp文件的数据从下到上，从左到右的。也就是说，从文件中最先读到的是图象最下面一行的左边第一个象素，然后是左边第二个象素……接下来是倒数第二行左边第一个象素，左边第二个象素……依次类推，最后得到的是最上面一行的最右一个象素。

而QImage的坐标系是反着的，左上角才是原点，所以在输出（setPixel）的时候，需要从大数开始输出。基本流程就是，按顺序读取每一个像素的rgb值，然后设置这个位置的像素为这个颜色。

要显示图片，要先将BMPIMG对象里存储的IMAGEDATA信息输出为QImage。由于我不希望调用QImage自带的打开图片接口，而想在像素级别进行操作，所以我需要QImage像素级操作的接口。参考：

我们需要用到void QImage::setPixelColor(int x, int y, const [QColor](qcolor.html) &color)这个API。

在BMPIMG类中添加QImage toQImage()函数：

QImage BMPIMG::toQImage()
{
    int cnt = 0;
    QImage outputImg = QImage(infoHeader.biWidth, infoHeader.biHeight, QImage::Format_ARGB32);
    QPoint pos;
    QColor color;
    BYTE  rgb;
    if(infoHeader.biBitCount == 24){
        for(int i=infoHeader.biHeight-1; i>=0; i--){
            for(int j=0; j<infoHeader.biWidth; j++){
                pos = QPoint(j,i);
                color = QColor((imgData + cnt)->red, (imgData + cnt)->green, (imgData + cnt)->blue);
                outputImg.setPixelColor(pos, color);
                cnt++;
            }
        }
    }
    else{
        for(int i=infoHeader.biHeight-1; i>=0; i--){
            for(int j=0; j<infoHeader.biWidth; j++){
                pos = QPoint(j,i);
                rgb = (imgData + cnt)->blue;
                color = QColor((rgbQuad + rgb)->rgbRed, (rgbQuad + rgb)->rgbGreen, (rgbQuad + rgb)->rgbBlue);
                outputImg.setPixelColor(pos, color);
                cnt++;
            }
        }
    }

    return outputImg;
}

这样一来，要显示图片所需的功能就都有了。接下来我们在Open BMP file项的槽函数中继续添加读取文件、显示图像的逻辑，也就是调用我们刚写好的BMPIMG类的函数。

void PSMainWindow::on_actionOpen_BMP_file_triggered()
{
    //前略
    BMPIMG image(path);
    setImg(image);
    qDebug()<<"here";
    QImage qImage = image.toQImage();
    QGraphicsScene *scene = new QGraphicsScene();
    scene->addPixmap(QPixmap::fromImage(qImage));
    qDebug()<<qImage;
    ui->graphicsView->setScene(scene);
    ui->graphicsView->show();
    qDebug()<<"here";
    return;
}

这样一来，点击Open BMP file项之后就可以看到图片了。

Open BMP file

2 Save to new BMP file

功能要求：将当前视图保存为一个新的BMP文件（先弹出一个对话框，输入一个BMP文件名）。

和打开文件一样，为了获取保存的路径，我们依然需要用到文件对话框，只不过用法和之前不太一样。参考 Qt入门－打开和保存文件对话框。除此之外，在保存之前，我们需要判断是否有已经打开的图片，不然对空对象进行操作会报错。对于判断是否打开了图片，我是通过fileHeader.bfType这一项来判断的。如果打开的文件是bmp文件，那么这个变量的值应该是0x424D，我修改了BMPIMG类的构造函数，使得一个BMPIMG对象刚被构造出来时，fileHeader.bfType会被赋值为0：

BMPIMG::BMPIMG()
{
    fileHeader.bfType = 0;
}

同时添加BMPIMG判空函数bool BMPIMG::isEmpty()，若对象为空则返回true，否则返回false：

bool BMPIMG::isEmpty()
{
    if(fileHeader.bfType == 0x424D){
        return false;
    }
    else{
        return true;
    }
}

接下来编写保存图像的逻辑。保存图像实际上就是打开图像的逆操作，怎么读出来的就怎么写回去，同样要注意对齐的问题，用0将每行不足4的倍数的位置补齐。这里还有一点要注意的是，对齐时是以BYTE为单位，而非以IMAGEDATA为单位。当补齐24位图像时，不需要补几个IMAGEDATA，只需要补几个BYTE。

bool BMPIMG::saveImage(QString path){
    QFile newImg(path);
    if(!newImg.open(QIODevice::WriteOnly)){
        QMessageBox::warning(0, "Waring", "save file " + path + " failed!", QMessageBox::Yes);
        return false;
    }
    QDataStream dataStream(&newImg);
    dataStream<<fileHeader.bfType;
    dataStream.setByteOrder(QDataStream::LittleEndian);
    dataStream<<fileHeader.bfSize;
    dataStream<<fileHeader.bfReserved1;
    dataStream<<fileHeader.bfReserved2;
    dataStream<<fileHeader.bfOffBits;

    //write info header
    dataStream<<infoHeader.biSize;
    dataStream<<infoHeader.biWidth;
    dataStream<<infoHeader.biHeight;
    dataStream<<infoHeader.biPlanes;
    dataStream<<infoHeader.biBitCount;
    dataStream<<infoHeader.biCompression; //压缩类型
    dataStream<<infoHeader.biSizeImage; //压缩图像大小字节数
    dataStream<<infoHeader.biXPelsPerMeter; //水平分辨率
    dataStream<<infoHeader.biYPelsPerMeter; //垂直分辨率
    dataStream<<infoHeader.biClrUsed; //位图实际用到的色彩数
    dataStream<<infoHeader.biClrImportant; //本位图中重要的色彩数

    if(infoHeader.biBitCount != 24){
        //write rgbquad
        for(unsigned int nCounti=0; nCounti<infoHeader.biClrUsed; nCounti++){
            dataStream<<(*(rgbQuad + nCounti)).rgbBlue;
            dataStream<<(*(rgbQuad + nCounti)).rgbGreen;
            dataStream<<(*(rgbQuad + nCounti)).rgbRed;
            dataStream<<(*(rgbQuad + nCounti)).rgbReserved;
        }
    }

    //write image data
    int cnt = 0;
    int alignByte = (4 - (int)infoHeader.biWidth % 4) % 4;
    IMAGEDATA align;
    align.blue = 0;
    align.green = 0;
    align.red = 0;
    switch (infoHeader.biBitCount) {
        case 8:
            for(int i = 0; i < infoHeader.biHeight; i++){
                for(int j = 0; j < infoHeader.biWidth; j++){
                    dataStream<<(imgData+cnt)->blue;
                    cnt++;
                }
                if(alignByte != 0){
                    for(int k = 0; k < alignByte; k++){
                        dataStream<<align.blue;
                    }
                }
            }
        break;
        case 24:
            for(int i = 0; i < infoHeader.biHeight; i++){
                for(int j = 0; j < infoHeader.biWidth; j++){
                    dataStream<<(imgData+cnt)->blue;
                    dataStream<<(imgData+cnt)->green;
                    dataStream<<(imgData+cnt)->red;
                    cnt++;
                }
                if(alignByte != 0){
                    for(int k = 0; k < alignByte; k++){
                        dataStream<<align.blue;
                    }
                }
            }
        break;
    }
    newImg.close();
    return true;
}

现在我们有了所有的模块，可以将他们拼在一起了。右键添加Save to new BMP file的槽函数，先图片判空，再地址判空，最后写图片：

void PSMainWindow::on_actionSave_to_new_BMP_file_triggered()
{
    if(image.isEmpty()){
        QMessageBox::information(this, tr("warning"), tr("Please open an image first."));
        return;
    }
    QString path = QFileDialog::getSaveFileName(this, tr("Save Image"), " ", tr("Image Files(*.bmp)"));
    if(!path.isNull()){
        image.saveImage(path);
    }
    else{
        QMessageBox::information(this, tr("Path"), tr("You didn't input a file name."));
    }
}

保存功能完成。

3 Display file header

首先设计显示文件头信息的窗口headerInfoDialog。在普通的Dialog中加入一个List Widget控件和一个按钮，用于显示文件头信息。

在headerInfoDialog类中添加显示信息的接口：
void HeaderInfoDialog::setInfo(BITMAPFILEHEADER fileHeader, BITMAPINFOHEADER infoHeader)
按要求的格式，将说明和值拼接成字符串，调用List Widget控件的setItem函数即可添加信息。每次展示信息时，先将控件内容清空，再依次添加信息。有一些需要用到数学计算的信息，计算函数可参考Qt下常用的数值计算（绝对值qAbs，最大qMax，最小qMin，开根号Sqrt，N次方是pow，断言宏Q_ASSERT和Q_ASSERT_X ）。

void HeaderInfoDialog::setInfo(BITMAPFILEHEADER fileHeader, BITMAPINFOHEADER infoHeader)
{
    ui->listWidget->clear();
    QString line;
    line = "btType (file type) = " + QString::number(fileHeader.bfType);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "bfSize (file length) = " + QString::number(fileHeader.bfSize);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "bfOffBits (offset of bit map data in bytes) = " + QString::number(fileHeader.bfOffBits);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biSize (header structure length shoud be 40 or 0x28) = " + QString::number(infoHeader.biSize);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biWidth (image width) = " + QString::number(infoHeader.biWidth);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biHeight (image height) = " + QString::number(infoHeader.biHeight);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biPlanes (must be eaual to 1) = " + QString::number(infoHeader.biPlanes);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biBitCount (color/pixel bits) = " + QString::number(infoHeader.biBitCount);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biCompression (compressed?) = " + QString::number(infoHeader.biCompression);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biSizeImage (length of bit map data in bytes must be the times of 4) = " + QString::number(infoHeader.biSizeImage);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biXPelsPerMeter (horizontal resolution of target device in pixels/metre) = " + QString::number(infoHeader.biXPelsPerMeter);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biYpelsPerMeter (vertical resolution of target device in pixels/metre) = " + QString::number(infoHeader.biYPelsPerMeter);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biColorUsed (number of colors used in bitmap, 0 = 2**biBitCount) = " + QString::number(infoHeader.biClrUsed);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "biColorImportant (number of important colors, 0 = all colors are impretant) = " + QString::number(infoHeader.biClrImportant);
    ui->listWidget->addItem(line);

    line = "";
    ui->listWidget->addItem(line);

    line = "The following is additional information:";
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "Bytes per row in bitmap (nBytesPerRow) = " + QString::number(infoHeader.biWidth * (infoHeader.biBitCount/8));
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "Total bytes of bitmap (nImageSizeInByte) = " + QString::number(fileHeader.bfSize - fileHeader.bfOffBits);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "Actual pixels per row in bitmap (nPixelsPerRpe)= " + QString::number(infoHeader.biWidth);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "Total rows of bitmap (nTotalRows) = " + QString::number(infoHeader.biHeight);
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "Total colors (2**biBitCount)(nTotalColors) = " + QString::number(pow(2, infoHeader.biBitCount));
    ui->listWidget->addItem(line);
    line = "Used colors (biColorUsed)(nUsedolors) = " + QString::number(infoHeader.biClrUsed);
    ui->listWidget->addItem(line);
}

为了将信息传到头信息展示窗口中，我们还需要获取图片的fileHeader和infoHeader这两个私有成员。在BMPIMG类中添加相应接口：

BITMAPFILEHEADER BMPIMG::getFileHeader()
{
    return fileHeader;
}

BITMAPINFOHEADER BMPIMG::getInfoHeader()
{
    return infoHeader;
}

接下来编写Display file header槽函数中的逻辑。先定义一个新的信息展示窗口，获取文件头信息和信息头信息，设置展示内容，最后调用show()函数运行窗口即可。
这里需要注意的是，如果直接定义窗口、调用show()函数，窗口运行之后会马上自动退出，解决方法见：关于窗口闪退的解决。我采取了楼主所说的第一种方法：

将dlg作为类的成员，而不是在函数内部。

在psmainwindow.h中添加展示窗口的定义：

//psmainwindow.h
#ifndef PSMAINWINDOW_H
#define PSMAINWINDOW_H

//头文件略

namespace Ui {
class PSMainWindow;
}

class PSMainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

//前略
public:
    explicit PSMainWindow(QWidget *parent = nullptr);
    ~PSMainWindow();

private:
    HeaderInfoDialog headerInfoDialog;
};

#endif // PSMAINWINDOW_H

右键添加槽函数：

void PSMainWindow::on_actionDisplay_file_header_triggered()
{
    if(image.isEmpty()){
        QMessageBox::information(this, tr("warning"), tr("You didn't open any image, please open an image first."));
        return;
    }
    BITMAPFILEHEADER fileHeader = image.getFileHeader();
    BITMAPINFOHEADER infoHeader = image.getInfoHeader();
    headerInfoDialog.setInfo(fileHeader, infoHeader);
    headerInfoDialog.show();
}

4 Get pixel value

功能要求：取某个位置像素的颜色值，并显示出来。

先实现获取颜色值的逻辑。
首先要实现定位读取IMAGEDATA。在BMPIMG类中添加：

IMAGEDATA BMPIMG::getPixelData(int x, int y)
{
    IMAGEDATA pix = *(imgData + y * infoHeader.biWidth + x);
    return pix;
}

直接返回特定位置的IMAGEDATA信息。接下来判断biBitCount，分情况解析颜色信息：

QColor BMPIMG::getPixel(int x, int y)
{
    IMAGEDATA pix = getPixelData(x, y);
    QColor color;
    switch(infoHeader.biBitCount){
        case 8:
            color.setRed((rgbQuad + pix.blue)->rgbRed);
            color.setBlue((rgbQuad + pix.blue)->rgbBlue);
            color.setGreen((rgbQuad + pix.blue)->rgbGreen);
        break;
        case 24:
            color.setRed(pix.red);
            color.setBlue(pix.blue);
            color.setGreen(pix.green);
        break;
    }
    return color;
}

设计获取坐标的position窗口。新建一个Dialog，在对话框中添加两组标签和Spin Box（整型数输入框），和一个OK按钮。

position窗口

此处我们需要将子窗口position中获取的值传回父窗口psmainwindow，传值方法可以参考Qt窗体之间相互传值的三种方式。这里我采用了信号和槽的方法。
编辑position类的头文件position.h，定义信号函数：

#ifndef POSITION_H
#define POSITION_H

#include <QDialog>

namespace Ui {
class position;
}

class position : public QDialog
{
    Q_OBJECT

//前略
signals:
    void send_position(QPoint p);
};

#endif // POSITION_H

定义好之信号后只需emit send_position(p);即可发射信号。
编辑psmainwindow类，定义对应的槽函数用于接收信号，并定义QPoint p成员用于存储接收到的坐标：

#ifndef PSMAINWINDOW_H
#define PSMAINWINDOW_H

//头文件略

namespace Ui {
class PSMainWindow;
}

class PSMainWindow : public QMainWindow
{
    Q_OBJECT

//前略
private slots:
    void receivePosition(QPoint p);

private:
    QPoint p;
};

#endif // PSMAINWINDOW_H

在position的设计界面右键点击OK按钮添加槽函数，获取坐标并发射信号：

void position::on_pushButton_clicked()
{
    int x = ui->xInput->value();
    int y = ui->yInput->value();
    QPoint p(x,y);
    emit send_position(p);
    this->close();
}

编辑psmainwindow.cpp，完成槽函数void receivePosition(QPoint p)：

void PSMainWindow::receivePosition(QPoint p)
{
    this->p = p;
}

接下来设计展示颜色的窗口colorDisplay。用Label来展示颜色值，再添加一个小块的GraphicsView来直观地显示颜色：

colorDisplay

定义接口void colorDisplay::setInfo(QColor color)来设置展示的颜色：

void colorDisplay::setInfo(QColor color){
    ui->Red->setText(QString::number(color.red()));
    ui->Green->setText(QString::number(color.green()));
    ui->Blue->setText(QString::number(color.blue()));
    QImage *colorBlock = new QImage(40, 40, QImage::Format_A2BGR30_Premultiplied);
    colorBlock->fill(color);
    QGraphicsScene *scene = new QGraphicsScene();
    scene->addPixmap(QPixmap::fromImage(*colorBlock));
    ui->graphicsView->setScene(scene);
}

之后我们就可以写Get pixel value本体了。在设计界面添加Get pixel value的槽函数：

void PSMainWindow::on_actionGet_pixel_value_triggered()
{
    if(image.isEmpty()){
        QMessageBox::information(this, tr("warning"), tr("Please open an image first."));
        return;
    }
    position *dlg = new position(this);
    connect(dlg, SIGNAL(send_position(QPoint)), this, SLOT(receivePosition(QPoint)));
    dlg->setMax(image.getInfoHeader().biWidth, image.getInfoHeader().biHeight);
    dlg->exec();
    QColor pix = image.getPixel(p.x(), p.y());
    colorDisplay *displayDialog = new colorDisplay();
    displayDialog->setInfo(pix);
    displayDialog->show();
}

这里有一点需要注意的是，Dialog::shwo()函数是展示子窗口之后，父窗口还会继续运行；而Dialog::exec()函数是等待子窗口运行结束（即关闭）之后，父窗口才会继续运行。我们需要获取到坐标之后才能读取像素值，所以获取坐标的窗口position *dlg要用exec()运行，而父窗口不依赖展示窗口colorDisplay *displayDialog，直接调用show()就可以。

5 Set pixel value

功能要求：设置某个位置像素的颜色值，并显示出来。

在BMPIMG类中添加void setPixel(int r, int b, int g, int x, int y)函数：

void BMPIMG::setPixel(int r, int b, int g, int x, int y)
{
    if(infoHeader.biBitCount == 8){
        BYTE color = getColor(r,b,g);
        (imgData + y * infoHeader.biWidth + x)->blue = color;
    }
    else{
        (imgData + y * infoHeader.biWidth + x)->blue = b;
        (imgData + y * infoHeader.biWidth + x)->green = g;
        (imgData + y * infoHeader.biWidth + x)->red = r;
    }
    return;
}

这里有一个败笔：我之前写的getPixelData(int x, int y)函数返回值不是指针，所以当需要修改像素颜色值时，这个函数无法被复用。

从零开始做一个简单的数字图像处理系统

0 主界面和数据结构设计

1 Open BMP file

1.1 读取图片

1.2 显示图片

2 Save to new BMP file

3 Display file header

4 Get pixel value

5 Set pixel value

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