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日本情報クリエイト Engineer'sAdvent Calendar 2017Day 18
@pocoman(パダ 琴)

画像処理：イメージを色々弄ってみよう

Last updated at Posted at 2017-12-17

はじめに

　※ この記事は「画像処理：プログラムが読み込むイメージの基本構造」をベースに進めていきます。お読みでない方は先にこちらの記事を読んで下さい。

　前回はプログラムがイメージをどうやって保存し、それを表示するのかを実際のコードと共に見てみました。今回はそれをベースにして実際にイメージを色々イジメて(？)みましょう。

事前準備

今回使用する画像
image.png

基本となるJAVAコード

ImageProcessing02.java
package ImageProcessing;

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;

import javax.imageio.ImageIO;

public class ImageProcessing02 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedImage original = null;
        try {
            original = ImageIO.read(new File("image.png")); // 編集する画像を持ってくる
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        int iWidth = original.getWidth();               // 画像の横幅
        int iHeight = original.getHeight();             // 画像の縦幅
        int[] iColor = new int[iWidth * iHeight];       // 横幅と縦幅を元に色情報を保存する配列作成
        int[] iChangeColor = new int[iWidth * iHeight]; // 同じサイズで修正したデータを保存するための配列

        // 修正するBufferedImage変数を予め作成する。
        BufferedImage img = new BufferedImage(iWidth, iHeight, BufferedImage.TYPE_4BYTE_ABGR);

        // 画像の色情報をgetRGBで持ってくる
        original.getRGB(0, 0, iWidth, iHeight, iColor, 0, iWidth);

        /**********************
         * ここにコードを書きます。  *
         **********************/

        // 修正した色情報を修正用のBufferedImageにセット
        img.setRGB(0, 0, iWidth, iHeight, iChangeColor, 0, iWidth);

        try {
            ImageIO.write(img, "png", new File("保存する画像ファイルの経路")); // 画像を保存
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

途中の宣言文の方を変更するケースもありますが、基本はこんな感じ。

イメージ回転

今回は360°自由な回転ではなく、直角（90°）の回転のみとします。
（自由に回転させるには三角関数がどうしても必要になるため）

※ 変更されたところだけコメントを残します

ImageProcessing02_1.java
package ImageProcessing;

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;

import javax.imageio.ImageIO;

public class ImageProcessing02_1 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedImage original = null;
        try {
            original = ImageIO.read(new File("image.png"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        int iWidth = original.getWidth();
        int iHeight = original.getHeight();
        int[] iColor = new int[iWidth * iHeight];
        int[] iChangeColor = new int[iWidth * iHeight];

        original.getRGB(0, 0, iWidth, iHeight, iColor, 0, iWidth);

        // 状況によって横幅と縦幅が変わるので、とりあえず宣言だけ
        BufferedImage img = null;

        /**Image Rotate(Rotate 90)**/
        int iRotate = 90;　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　// 回す角度を設定
        int iRotateS = iRotate / 90;
        int iChangeWidth = 0, iChangeHeight = 0;

        //　横幅と縦幅の設定 (0, 180, 360度 = 0 / 90, 270度 = 1)
        switch(iRotateS % 2) {
        case 0:
            iChangeWidth = iWidth;
            iChangeHeight = iHeight;
            break;
        case 1:
            iChangeWidth = iHeight;
            iChangeHeight = iWidth;
            break;
        }
        img = new BufferedImage(iChangeWidth, iChangeHeight, BufferedImage.TYPE_4BYTE_ABGR);
        int iTargetRow = 0, iTargetCol = 0;
        for(int i = 0; i < iChangeHeight; i++) {
            for(int j = 0; j < iChangeWidth; j++) {
                // 360°以上も対応出来るように残りで確認する
                switch(iRotateS % 4) {
                case 0: // そのまま
                    iTargetRow = i;
                    iTargetCol = j;
                    break;
                case 1: // 90°、画像の左下から上に
                    iTargetRow = iChangeWidth - (j + 1);
                    iTargetCol = i;
                    break;
                case 2: // 180°、画像の右下から左に
                    iTargetRow = iChangeHeight - (i + 1);
                    iTargetCol = iChangeWidth - (j + 1);
                    break;
                case 3: // 270°、画像の右上から下に
                    iTargetRow = j;
                    iTargetCol = iChangeHeight - (i + 1);
                    break;
                }

                int iTargetIndex = (iTargetRow * iWidth) + iTargetCol;
                int iChangeIndex = (i * iChangeWidth) + j;
                iChangeColor[iChangeIndex] = iColor[iTargetIndex]; 
            }
        }

        img.setRGB(0, 0, iWidth, iHeight, iChangeColor, 0, iWidth);

        try {
            ImageIO.write(img, "png", new File("ImageRotate.png"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

座標の割り出し式は前回の記事にあったのと同じです。
今回の記事で一番の肝は座標計算です。元画像のどの色をどこに置くのかが重要です。
直角での回転の場合はどこから初めて、どの方向に読んでいくのかが重要です。
実際の画像を見てみましょう。

元の画像
image.png

90°回転
ImageRotate.png

元の画像と、90°回転させた画像ですが。
ここで重要になるのは一番右上、画像の０番目の色がどこから持ってきた色かです。
90°の場合は右下から右上までの色がそのまま、直線上に並べられています。

他の角度も同じですが、このように角度が変わった時の色の座標を割り出して、
それを変更される座標に合わせて入れればOKです。

イメージ反転

ImageProcessing02_2.java
package ImageProcessing;

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;

import javax.imageio.ImageIO;

public class ImageProcessing02_2 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedImage original = null;
        try {
            original = ImageIO.read(new File("image.png"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        int iWidth = original.getWidth();       
        int iHeight = original.getHeight();     
        int[] iColor = new int[iWidth * iHeight];   
        int[] iChangeColor = new int[iWidth * iHeight]; 

        BufferedImage img = new BufferedImage(iWidth, iHeight, BufferedImage.TYPE_4BYTE_ABGR);
        original.getRGB(0, 0, iWidth, iHeight, iColor, 0, iWidth);

        boolean isVerticalChange = true; // 上下反転
        boolean isHorizonChange = true; // 左右反転
        for(int i = 0; i < iHeight; i++) {
            for(int j = 0; j < iWidth; j++) {
                int iChangeRow = (isVerticalChange) ? iHeight - ( i + 1 ) : i; // 上下反転なら一番下から上に
                int iChangeCol = (isHorizonChange) ? iWidth - ( j + 1 ) : j;  // 左右反転なら一番右から左に
                int iChangeIndex = (iChangeRow * iWidth) + iChangeCol;

                int iTargetIndex = (i * iWidth) + j;

                iChangeColor[iChangeIndex] = iColor[iTargetIndex];
            }
        }
        img.setRGB(0, 0, iWidth, iHeight, iChangeColor, 0, iWidth);

        try {
            ImageIO.write(img, "png", new File("ImageReverse.png"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

先程とほぼ同じです。Booleanで上下反転か左右反転かをチェックして、それによって座標を変えてます。
両方trueにすれば１８０°回転と動作は一緒です。

イメージの一部を切り取る

ImageProcessing02_3.java
package ImageProcessing;

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;

import javax.imageio.ImageIO;

public class ImageProcessing02_3 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedImage original = null;
        try {
            original = ImageIO.read(new File("image.png"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        int iWidth = original.getWidth();       
        int iHeight = original.getHeight();     
        int[] iColor = new int[iWidth * iHeight];   
        original.getRGB(0, 0, iWidth, iHeight, iColor, 0, iWidth);

        // 切り取り始める座標
        int iChangeY = 50;
        int iChangeX = 50;
        // 切り取るサイズ
        int iChangeWidth = 100;
        int iChangeHeight = 100;

        // 切り取るサイズを元に配列とBufferedImage変数を宣言する。
        int[] iChangeColor = new int[iChangeWidth * iChangeHeight]; 
        BufferedImage img = new BufferedImage(iChangeWidth, iChangeHeight, BufferedImage.TYPE_4BYTE_ABGR);

        // 切り取るサイズを元にループ
        for(int i = 0; i < iChangeHeight; i++) {
            for(int j = 0; j < iChangeWidth; j++) {
                // 切り取り始める座標から色情報の座標を割り出す。
                int iTargetRow = iChangeY + i;
                int iTargetCol = iChangeX + j;
                int iTargetIndex = (iTargetRow * iWidth) + iTargetCol;

                int iChangeIndex = (i * iChangeWidth) + j;

                iChangeColor[iChangeIndex] = iColor[iTargetIndex];
            }
        }

        img.setRGB(0, 0, iWidth, iHeight, iChangeColor, 0, iWidth);

        try {
            ImageIO.write(img, "png", new File("ImageSlice.png"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

画像の一部を切り取りたい場合には、始まる座標を切り取りたい場所の一番左上から
切り取るサイズ分まわせばOKです。
ただ、このままだと画像のサイズを超える範囲までループが回る可能性があるので、それは直してみてください。

パズルみたいに分割する

ImageProcessing02_4.java
package ImageProcessing;

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;

import javax.imageio.ImageIO;

public class ImageProcessing02_4 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedImage original = null;
        try {
            original = ImageIO.read(new File("image.png"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        int iWidth = original.getWidth();       
        int iHeight = original.getHeight();     
        int[] iColor = new int[iWidth * iHeight];   
        original.getRGB(0, 0, iWidth, iHeight, iColor, 0, iWidth);

        int iPieceW = 3; // 横ピース数
        int iPieceH = 4; // 縦ピース数

        // ピース数を元にサイズ設定
        int iChangeWidth = iWidth / iPieceW;
        int iChangeHeight = iHeight / iPieceH;

        // サイズとピース数を元に二次元配列で色情報用配列を宣言
        int[][] iChangeColor = new int[iPieceW * iPieceH][iChangeWidth * iChangeHeight];

        // BufferedImageも配列で宣言
        BufferedImage[] img = new BufferedImage[iPieceW * iPieceH];
        for(int i = 0; i < img.length; i++) {
            img[i] = new BufferedImage(iChangeWidth, iChangeHeight, BufferedImage.TYPE_4BYTE_ABGR);
        }

        for(int i = 0; i < iHeight; i++) {
            int iNowY = i / iChangeHeight; // ピースが何行目か
            if(iNowY >= iPieceH) break;　　　　　// 残りがあって、設定した数以上の座標になった時は抜け出す
            for(int j = 0; j < iWidth; j++) {
                int iNowX = j / iChangeWidth; // ピースが何列目か
                if(iNowX >= iPieceW) continue;　　　　　// 残りがあって、設定した数以上の座標になった時は無視する

                int iChangeRow = i % iChangeHeight;
                int iChangeCol = j % iChangeWidth;

                int iTargetIndex = (i * iWidth) + j;
                int iChangeIndex = (iChangeRow * iChangeWidth) + iChangeCol;
                int iChangeKey = iNowY * iPieceW + iNowX;

                iChangeColor[iChangeKey][iChangeIndex] = iColor[iTargetIndex];
            }
        }

        img.setRGB(0, 0, iWidth, iHeight, iChangeColor, 0, iWidth);

        try {
            for(int i = 0; i < img.length; i++) {
                ImageIO.write(img[i], "png", new File("ImageSlice" + String.format("%03d", i) + ".png"));
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

イメージパズルのように画像を均等に分割するコードです。
BufferedImageを配列で宣言して座標をもう一回分けて、分割するサイズに合わせて
Keyを変更するようにできればあとは簡単ですね。

getGraphics()を利用したイメージ編集

ImageProcessing02_5.java
package ImageProcessing;

import java.awt.Color;
import java.awt.Graphics;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;

import javax.imageio.ImageIO;

public class ImageProcessing02_5 {
    public static void main(String[] args) {
        BufferedImage original = null;
        try {
            original = ImageIO.read(new File("image.png"));
        } catch (IOException e) {
            // TODO Auto-generated catch block
            e.printStackTrace();
        }
        // イメージのGraphicsを持ってくる
        Graphics g = original.getGraphics();

        // イメージに色んな色の円を描く。
        g.setColor(Color.RED);
        g.fillOval(70, 70, 100, 100);
        g.setColor(Color.GREEN);
        g.fillOval(20, 120, 100, 100);
        g.setColor(Color.BLUE);
        g.fillOval(70, 170, 100, 100);
        g.setColor(Color.BLACK);
        g.fillOval(120, 120, 100, 100);

        try {
            ImageIO.write(original, "png", new File("ImageEdit.png"));
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

結果
ImageEdit.png

JAVAで支援するGraphicsライブラリーを使って
ライブラリー内のメソットを利用して画像を修正するコードです。
これはRGBコードとか座標とかそう難しく考える必要はないですね。

ただ、複雑な画像処理の機能はついていないので
Graphicsだけではどうしても足りないです。
なので、前のメソットのようにRGBコードや座標を切り替えるだけで色々作れる機能は多いので、
ぜひ、直接作ってみてください。

終わりに

今回は前の記事で書いた中で一番理解しにくい、
RGBコードの座標の割り出しを使ったコードを幾つか紹介してみましたが、どうでしたか？
これは画像処理でも基本中の基本ではありますが、何事も基本が一番大事です。
しっかりマスターして、皆さんも画像処理の世界に入ってみましょう！

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