Java實現24位真彩轉換為8位灰度圖片
Windows下的點陣圖檔案即我們通常所熟悉的BMP圖片，其儲存結構的格式可以在WINGDI.h檔案中找到定義。BMP檔案大體上分為四個部分：
1. 點陣圖檔案頭（BITMAPFILEHEADER）
2. 點陣圖資訊頭（BITMAPINFOHEADER）
3. 調色盤（PALETTE）
4. 點陣圖資料（IMAGEDATA）
根據顏色深度的不同，影象上的一個畫素可以用一個或者多個位元組表示，它由n/8所確定（n是位深度，1位元組包含8個數據位）。這裡需要注意的是，對於調色盤（也叫顏色查詢表LUT（LookUpTable），索引表），不是每一種型別的點陣圖都有的。對於24位的真彩色RGB點陣圖，就是沒有調色盤的，原因：如果用調色盤，總共有2的24次種顏色，所以表示每種顏色的索引也需要24位，和直接用3B來表示RGB資料一樣，還得加上一個調色盤的容量，完全是吃飽了撐著。所以調色盤只是對於16，8，4，1位位深的點陣圖來說的。
首先來看下256階點陣圖（位深度為8）的前兩個部分資料。以下為16進位制值：
圖 一
1. BITMAPFILEHEADER（對應圖一的0000H -- 000DH）
在WINGDI.h中該部分定義如下:
typedef struct tagBITMAPFILEHEADER { WORD bfType; DWORD bfSize; WORD bfReserved1; WORD bfReserved2; DWORD bfOffBits; } BITMAPFILEHEADER, FAR *LPBITMAPFILEHEADER, *PBITMAPFILEHEADER;
前兩個位元組（42H，4DH）為ASCII碼，代表BM，這是在Windows下BMP檔案的識別符號，對應結構體中的bfType；
接下來的四個位元組（36H，75H，02H，00H ）代表的是檔案大小，這裡高位在後，所以檔案大小應該是27536H = 161078位元組，對應結構體中的bfSize；
然後為四個位元組的保留值，總為0，對應bfReserved1，bfReserved2；
最後四個位元組（36H，04H，00H，00H）是影象資料的地址，即檔案頭+資訊頭+調色盤的長度，這裡 436H = 1078位元組。我們來算下這是怎麼得出的，檔案頭已經分析過了，為2+4+2+2+4 = 14個位元組，檔案資訊頭固定為40個位元組，對於8位點陣圖，其調色盤為256*4 = 1024個位元組。所以1024+40+14 = 1078。
2. BITMAPINFOHEADER（對應圖一的000EH --> 0035H）
其結構體定義為：
typedef struct tagBITMAPINFOHEADER{
DWORD biSize;
LONG biWidth;
LONG biHeight;
WORD biPlanes;
WORD biBitCount;
DWORD biCompression;
DWORD biSizeImage;
LONG biXPelsPerMeter;
LONG biYPelsPerMeter;
DWORD biClrUsed;
DWORD biClrImportant;
} BITMAPINFOHEADER, FAR *LPBITMAPINFOHEADER, *PBITMAPINFOHEADER;各欄位的含義如下：
|
地址（Hex） |
值 |
描述 |
對應欄位 |
|
000EH-0011H |
28H，00H，00H，00H |
bmp點陣圖資訊頭大小，28H = 40D，即點陣圖資訊頭固定為40個位元組； |
biSize |
|
0012H-0015H |
90H，01H，00H，00H |
影象寬度（畫素），190H = 400D，即該影象寬400個畫素； |
biWidth |
|
0016H-0019H |
90H，01H，00H，00H |
影象高度（畫素），該影象寬也是400個畫素； |
biHeight |
|
001AH-001BH |
01H，00H |
必須是一，不用考慮； |
biPlanes |
|
001CH-001DH |
08H，00H |
影象的位深度，此處為8； |
biBitCount |
|
001EH-0021H |
全為00H |
壓縮方式，0代表不壓縮； |
biCompression |
|
0022H-0025H |
00H，71H，02H，00H |
實際的點陣圖資料大小，27100H = 160000，即資料大小為400*400 = 160000位元組； |
biSizeImage |
|
0026H-0029H |
全為00H |
目標裝置的水平解析度； |
biXPelsPerMeter |
|
002AHà002DH |
全為00H |
目標裝置的垂直解析度； |
biYPelsPerMeter |
|
002EH-0031H |
全為00H |
本圖象實際用到的顏色數，如果該值為零，則用到的顏色數為2的biBitCount次方； |
biClrUsed |
|
0032H-0035H |
00 01 00 00 |
指定本圖象中重要的顏色數，如果該值為零，則認為所有的顏色都是重要的。 |
biClrImportant |
3. 調色盤（從0036H開始）
當然，這裡是對那些需要調色盤的點陣圖檔案而言的。有些點陣圖，如真彩色圖，是不需要調色盤的，BITMAPINFOHEADER後直接是點陣圖資料。調色盤實際上是一個數組，共有biClrUsed個元素（如果該值為零，則有2的biBitCount次方個元素）。陣列中每個元素的型別是一個RGBQUAD結構，佔4個位元組，其定義如下：
typedef struct tagRGBQUAD {
BYTE rgbBlue;
BYTE rgbGreen;
BYTE rgbRed;
BYTE rgbReserved;
} RGBQUAD;調色盤的一個元素為4個位元組，前三個分別為顏色值，後一個為保留值，總是0。
4. 點陣圖資料
對於用到調色盤的點陣圖，圖象資料就是該畫素顏在調色盤中的索引值，對於真彩色圖，圖象資料就是實際的R,G,B值。256色點陣圖，一個位元組表示1個畫素。而對於真彩色圖，三個位元組才能表示1個畫素。
知道bmp點陣圖的格式，就可以實現從24位真彩色到8位灰度圖的轉換了。我用的是java，首先把24位的真彩轉換為24位的灰度值，這個轉換很簡單，用J2SE的API就可以，也可以自己實現，先讀取每個畫素的RGB值，再用公式就可以計算出灰度值，再寫進每個畫素的RGB值中。
不同的RGB空間，灰階的計算公式有所不同，常見的幾種RGB空間的計算灰階的公式如下：
1、 簡化 sRGB IEC61966-2.1 [gamma=2.20]
Gray = (R^2.2 * 0.2126 + G^2.2 * 0.7152 + B^2.2 * 0.0722)^(1/2.2)
2、 Adobe RGB (1998) [gamma=2.20]
Gray = (R^2.2 * 0.2973 + G^2.2 * 0.6274 + B^2.2 * 0.0753)^(1/2.2)
3、 Apple RGB [gamma=1.80]
Gray = (R^1.8 * 0.2446 + G^1.8 * 0.6720 + B^1.8 * 0.0833)^(1/1.8)
4、 ColorMatch RGB [gamma=1.8]
Gray = (R^1.8 * 0.2750 + G^1.8 * 0.6581 + B^1.8 * 0.0670)^(1/1.8)
5、 簡化 KODAK DC Series Digital Camera [gamma=2.2]
Gray = (R^2.2 * 0.2229 + G^2.2 * 0.7175 + B^2.2 * 0.0595)^(1/2.2)
然後把得到的24位灰度（此時叫偽灰度，因為僅僅是把RGB值設為了一樣）圖片，轉換為8位即256色的灰度圖片。我的做法是先構造檔案頭，資訊頭，調色盤，再把源圖片的RGB值只保留一個寫進每個畫素。Java程式碼如下：
private void Bit24_to_256Index( )
{
// 將影象檔案讀出，資料儲存在Byte陣列
try
{
inputImage = ImageIO.read( new File(fileString) );
}
catch (IOException e1)
{
e1.printStackTrace();
}
width = inputImage.getWidth();
height= inputImage.getHeight();
ByteArrayOutputStream bos = new ByteArrayOutputStream( width*height*4 + 54);
try
{
ImageIO.write( inputImage, "BMP", bos);
} catch (IOException e)
{
e.printStackTrace();
}
bSrcfile = bos.toByteArray();
// 新檔案的長度(b)=資料部分+調色盤(1024)+點陣圖資訊頭+點陣圖檔案頭
bDestfile = new byte[ width*height+1078 ];
// 開始構造位元組陣列
bDestfile[0] = bSrcfile[0]; // 00H : 42H
bDestfile[1] = bSrcfile[1]; // 01H : 4DH
// 檔案大小(B)
int fileLength = width * height + 1078 ;
byte[] btLen = int2bytes(fileLength);
switch( btLen.length )
{
case 1:
bDestfile[2] = btLen[0];
break;
case 2:
bDestfile[3] = btLen[0];
bDestfile[2] = btLen[1];
break;
case 3:
bDestfile[4] = btLen[0];
bDestfile[3] = btLen[1];
bDestfile[2] = btLen[2];
break;
case 4:
bDestfile[5] = btLen[0];
bDestfile[4] = btLen[1];
bDestfile[3] = btLen[2];
bDestfile[2] = btLen[3];
}
// 資料的偏移地址固定為1078(436H)
bDestfile[10] = 54; // 36H
bDestfile[11] = 4; // 04H
for( int i = 14; i <= 27; i++ )
{
bDestfile[i] = bSrcfile[i];
}
bDestfile[28] = 8; // 2^8 = 256
// 資料大小欄位
int biSizeImage = width * height; // 對256色圖來講，資料部分的大小為長*高
byte[] btSI = int2bytes(biSizeImage);
switch( btSI.length )
{
case 1:
bDestfile[34] = btSI[0];
break;
case 2:
bDestfile[35] = btSI[0];
bDestfile[34] = btSI[1];
break;
case 3:
bDestfile[36] = btSI[0];
bDestfile[35] = btSI[1];
bDestfile[34] = btSI[2];
break;
case 4:
bDestfile[37] = btSI[0];
bDestfile[36] = btSI[1];
bDestfile[35] = btSI[2];
bDestfile[34] = btSI[3];
}
for( int i = 38; i <= 53; i++ )
{
bDestfile[i] = bSrcfile[i];
}
byte bRGB = 0;
// 寫調色盤 36H(54) --> 435H(1077)
for( int i = 54; i <= 1077; i += 4, bRGB ++ )
{
bDestfile[i] = bRGB;
bDestfile[i+1] = bRGB;
bDestfile[i+2] = bRGB;
bDestfile[i+3] = 0; // rgbReserved, 保留值為零
}
// 轉換影象資料部分
for( int i = 1078, j = 54; i < bDestfile.length; i++, j += 3 )
{
bDestfile[i] = bSrcfile[j];
}
outputImage = new BufferedImage( width, height, BufferedImage.TYPE_BYTE_GRAY);
ByteArrayInputStream in = new ByteArrayInputStream( bDestfile ); //將b作為輸入流；
try {
outputImage = ImageIO.read( in );
} catch (IOException e) {
e.printStackTrace();
}
try
{
ImageIO.write( outputImage, "BMP",new File( fileString ));
}
catch(Exception ex)
{
ex.printStackTrace();
}
}函式int2bytes實現把int型的資料轉換為byte型的陣列，程式碼：
static byte[] int2bytes(int num)
{
byte[] b=new byte[4];
int mask=0xff;
for(int i=0;i<4;i++)
{
b[i]=(byte)(num>>>(24-i*8));
}
return b;
}經過這兩步變換，就可以將真彩的轉換為8位灰度了。