python如何创建bmp文件头与信息头

要创建 BMP 文件头和信息头，可以使用 Python 编写代码，主要包括定义位图文件头（BITMAPFILEHEADER）和位图信息头（BITMAPINFOHEADER）。

首先，位图文件头（BITMAPFILEHEADER）包含了文件类型、文件大小、保留字、位图数据的偏移量等信息。其次，位图信息头（BITMAPINFOHEADER）包含了图像的宽度、高度、颜色位数、压缩类型等信息。下面将详细描述如何在 Python 中创建这些头信息。

一、定义结构体

我们可以使用 struct 模块来定义这些结构体，并将其转换为二进制数据。这是因为 BMP 文件头和信息头是以二进制格式存储的。

import struct 定义位图文件头 file_type = 19778 # 'BM' in little-endian file_size = 0 # 文件大小，稍后会更新 reserved1 = 0 # 保留字 reserved2 = 0 # 保留字 offset = 54 # 从文件头到图像数据的偏移量将位图文件头打包成二进制数据 file_header = struct.pack('<HIHHI', file_type, file_size, reserved1, reserved2, offset) 定义位图信息头 info_header_size = 40 # 信息头大小 width = 100 # 图像宽度 height = 100 # 图像高度 planes = 1 # 图像平面数，必须为1 bit_count = 24 # 每个像素的位数 compression = 0 # 压缩类型，0表示不压缩 image_size = 0 # 图像数据大小，稍后会更新 x_pixels_per_meter = 3780 # 水平分辨率 y_pixels_per_meter = 3780 # 垂直分辨率 colors_used = 0 # 调色板中的颜色数 important_colors = 0 # 重要颜色数将位图信息头打包成二进制数据 info_header = struct.pack('<IIIHHIIIIII', info_header_size, width, height, planes, bit_count, compression, image_size, x_pixels_per_meter, y_pixels_per_meter, colors_used, important_colors)

二、创建位图数据

为了简单起见，这里我们创建一个纯色的 BMP 图像数据。你可以根据需要生成实际的图像数据。

# 创建图像数据
import numpy as np
width, height = 100, 100
pixel_data = np.zeros((height, width, 3), dtype=np.uint8)  # 创建一个 100x100 的图像，颜色为黑色
将图像数据转换为二进制数据
pixel_data = pixel_data.tobytes()
image_size = len(pixel_data)
更新文件大小和图像数据大小
file_size = len(file_header) + len(info_header) + image_size
file_header = struct.pack('<HIHHI', file_type, file_size, reserved1, reserved2, offset)
info_header = struct.pack('<IIIHHIIIIII', info_header_size, width, height, planes, bit_count, compression, image_size, x_pixels_per_meter, y_pixels_per_meter, colors_used, important_colors)

三、写入 BMP 文件

最后，将文件头、信息头和图像数据写入一个 BMP 文件中。

# 将文件头、信息头和图像数据写入 BMP 文件
with open('output.bmp', 'wb') as f:
    f.write(file_header)
    f.write(info_header)
    f.write(pixel_data)

通过上述步骤，我们成功地在 Python 中创建了一个简单的 BMP 文件。位图文件头和信息头的定义以及图像数据的生成是关键步骤。你可以根据需要修改图像的宽度、高度和颜色位数等参数，以创建不同的 BMP 图像。

接下来，我们将深入探讨 BMP 文件头和信息头的各个字段，并举例说明如何生成不同类型的 BMP 图像。

二、BMP 文件头（BITMAPFILEHEADER）解析

BMP 文件头由 14 字节组成，其各字段如下：

文件类型（2 字节）：标识文件类型，值为 0x4D42（即 'BM'）。
文件大小（4 字节）：整个文件的大小，以字节为单位。
保留字（2 字节）：保留，必须设置为 0。
保留字（2 字节）：保留，必须设置为 0。
位图数据偏移量（4 字节）：从文件头开始到图像数据的偏移量，以字节为单位。

三、BMP 信息头（BITMAPINFOHEADER）解析

BMP 信息头由 40 字节组成，其各字段如下：

信息头大小（4 字节）：信息头的大小，固定为 40 字节。
图像宽度（4 字节）：图像的宽度，以像素为单位。
图像高度（4 字节）：图像的高度，以像素为单位。
平面数（2 字节）：图像的平面数，必须为 1。
颜色位数（2 字节）：每个像素的位数，常见值为 1（单色）、4（16 色）、8（256 色）、24（真彩色）。
压缩类型（4 字节）：图像数据的压缩类型，常见值为 0（不压缩）、1（8 位 RLE 压缩）、2（4 位 RLE 压缩）。
图像数据大小（4 字节）：图像数据的大小，以字节为单位。
水平分辨率（4 字节）：图像的水平分辨率，以像素/米为单位。
垂直分辨率（4 字节）：图像的垂直分辨率，以像素/米为单位。
调色板颜色数（4 字节）：调色板中的颜色数，0 表示默认值 2^n。
重要颜色数（4 字节）：重要颜色数，0 表示所有颜色都重要。

四、生成不同类型的 BMP 图像

根据图像的颜色位数和压缩类型，我们可以生成不同类型的 BMP 图像。下面分别介绍几种常见的 BMP 图像类型。

1、生成 24 位真彩色 BMP 图像

24 位真彩色 BMP 图像是最常见的一种，每个像素由 3 个字节表示，分别表示红色、绿色和蓝色。下面的代码生成一个 24 位真彩色的 BMP 图像。

import struct
import numpy as np
定义位图文件头
file_type = 19778  # 'BM' in little-endian
file_size = 0  # 文件大小，稍后会更新
reserved1 = 0  # 保留字
reserved2 = 0  # 保留字
offset = 54  # 从文件头到图像数据的偏移量
将位图文件头打包成二进制数据
file_header = struct.pack('<HIHHI', file_type, file_size, reserved1, reserved2, offset)
定义位图信息头
info_header_size = 40  # 信息头大小
width = 100  # 图像宽度
height = 100  # 图像高度
planes = 1  # 图像平面数，必须为1
bit_count = 24  # 每个像素的位数
compression = 0  # 压缩类型，0表示不压缩
image_size = 0  # 图像数据大小，稍后会更新
x_pixels_per_meter = 3780  # 水平分辨率
y_pixels_per_meter = 3780  # 垂直分辨率
colors_used = 0  # 调色板中的颜色数
important_colors = 0  # 重要颜色数
将位图信息头打包成二进制数据
info_header = struct.pack('<IIIHHIIIIII', info_header_size, width, height, planes, bit_count, compression, image_size, x_pixels_per_meter, y_pixels_per_meter, colors_used, important_colors)
创建图像数据
pixel_data = np.zeros((height, width, 3), dtype=np.uint8)  # 创建一个 100x100 的图像，颜色为黑色
将图像数据转换为二进制数据
pixel_data = pixel_data.tobytes()
image_size = len(pixel_data)
更新文件大小和图像数据大小
file_size = len(file_header) + len(info_header) + image_size
file_header = struct.pack('<HIHHI', file_type, file_size, reserved1, reserved2, offset)
info_header = struct.pack('<IIIHHIIIIII', info_header_size, width, height, planes, bit_count, compression, image_size, x_pixels_per_meter, y_pixels_per_meter, colors_used, important_colors)
将文件头、信息头和图像数据写入 BMP 文件
with open('output_24bit.bmp', 'wb') as f:
    f.write(file_header)
    f.write(info_header)
    f.write(pixel_data)

2、生成 8 位灰度 BMP 图像

8 位灰度 BMP 图像使用调色板来表示颜色，每个像素由 1 个字节表示。下面的代码生成一个 8 位灰度的 BMP 图像。

import struct
import numpy as np
定义位图文件头
file_type = 19778  # 'BM' in little-endian
file_size = 0  # 文件大小，稍后会更新
reserved1 = 0  # 保留字
reserved2 = 0  # 保留字
offset = 54 + 256 * 4  # 从文件头到图像数据的偏移量（包括调色板）
将位图文件头打包成二进制数据
file_header = struct.pack('<HIHHI', file_type, file_size, reserved1, reserved2, offset)
定义位图信息头
info_header_size = 40  # 信息头大小
width = 100  # 图像宽度
height = 100  # 图像高度
planes = 1  # 图像平面数，必须为1
bit_count = 8  # 每个像素的位数
compression = 0  # 压缩类型，0表示不压缩
image_size = 0  # 图像数据大小，稍后会更新
x_pixels_per_meter = 3780  # 水平分辨率
y_pixels_per_meter = 3780  # 垂直分辨率
colors_used = 256  # 调色板中的颜色数
important_colors = 0  # 重要颜色数
将位图信息头打包成二进制数据
info_header = struct.pack('<IIIHHIIIIII', info_header_size, width, height, planes, bit_count, compression, image_size, x_pixels_per_meter, y_pixels_per_meter, colors_used, important_colors)
创建调色板
palette = bytearray()
for i in range(256):
    palette.extend([i, i, i, 0])  # 灰度调色板
创建图像数据
pixel_data = np.zeros((height, width), dtype=np.uint8)  # 创建一个 100x100 的灰度图像
将图像数据转换为二进制数据
pixel_data = pixel_data.tobytes()
image_size = len(pixel_data)
更新文件大小和图像数据大小
file_size = len(file_header) + len(info_header) + len(palette) + image_size
file_header = struct.pack('<HIHHI', file_type, file_size, reserved1, reserved2, offset)
info_header = struct.pack('<IIIHHIIIIII', info_header_size, width, height, planes, bit_count, compression, image_size, x_pixels_per_meter, y_pixels_per_meter, colors_used, important_colors)
将文件头、信息头、调色板和图像数据写入 BMP 文件
with open('output_8bit.bmp', 'wb') as f:
    f.write(file_header)
    f.write(info_header)
    f.write(palette)
    f.write(pixel_data)

3、生成 1 位单色 BMP 图像

1 位单色 BMP 图像使用调色板来表示颜色，每个像素由 1 位表示。下面的代码生成一个 1 位单色的 BMP 图像。

import struct
import numpy as np
定义位图文件头
file_type = 19778  # 'BM' in little-endian
file_size = 0  # 文件大小，稍后会更新
reserved1 = 0  # 保留字
reserved2 = 0  # 保留字
offset = 54 + 2 * 4  # 从文件头到图像数据的偏移量（包括调色板）
将位图文件头打包成二进制数据
file_header = struct.pack('<HIHHI', file_type, file_size, reserved1, reserved2, offset)
定义位图信息头
info_header_size = 40  # 信息头大小
width = 100  # 图像宽度
height = 100  # 图像高度
planes = 1  # 图像平面数，必须为1
bit_count = 1  # 每个像素的位数
compression = 0  # 压缩类型，0表示不压缩
image_size = 0  # 图像数据大小，稍后会更新
x_pixels_per_meter = 3780  # 水平分辨率
y_pixels_per_meter = 3780  # 垂直分辨率
colors_used = 2  # 调色板中的颜色数
important_colors = 0  # 重要颜色数
将位图信息头打包成二进制数据
info_header = struct.pack('<IIIHHIIIIII', info_header_size, width, height, planes, bit_count, compression, image_size, x_pixels_per_meter, y_pixels_per_meter, colors_used, important_colors)
创建调色板
palette = bytearray([0, 0, 0, 0, 255, 255, 255, 0])  # 黑白调色板
创建图像数据
pixel_data = np.zeros((height, (width + 7) // 8), dtype=np.uint8)  # 创建一个 100x100 的单色图像
将图像数据转换为二进制数据
pixel_data = pixel_data.tobytes()
image_size = len(pixel_data)
更新文件大小和图像数据大小
file_size = len(file_header) + len(info_header) + len(palette) + image_size
file_header = struct.pack('<HIHHI', file_type, file_size, reserved1, reserved2, offset)
info_header = struct.pack('<IIIHHIIIIII', info_header_size, width, height, planes, bit_count, compression, image_size, x_pixels_per_meter, y_pixels_per_meter, colors_used, important_colors)
将文件头、信息头、调色板和图像数据写入 BMP 文件
with open('output_1bit.bmp', 'wb') as f:
    f.write(file_header)
    f.write(info_header)
    f.write(palette)
    f.write(pixel_data)