２値化その２ - 【ゆるゆるプログラミング】

2020/10/13 公開

・２値化その2

フルカラーの画像を２色だけで表現した２値画像に変換し、２値のBMP形式で保存する方法を説明します。

元の画像　　

２値画像

フルカラー画像が持つ画素の色RGBの値が、白と黒のどちらの色に近いかを自動判定し、その近い色で埋めて画像を作成します。

ここで紹介する方法は、BufferedImageクラスで２値の画像を作成し、setRGB メソッドでフルカラー画像のRGB値を格納していくものです。

BufferedImageクラスで作成した２値画像のカラーマップは黒(R=G=B=0)と白(R=G=B=255)の２色となります。この２つの色は、後で変えることもできます。

この２値画像に任意のRGB値を格納すると、自動的に２色のうちの近いほうの色を選んでくれます。これにより簡単に２値の画像を作成することができます。

２値化した画像は、２値のBMP形式で保存するようにしています。

以下は、上記内容のJava ソースコード例です。

Binarization2.java　←　クリックしてダウンロードページに移動

001:    import java.awt.image.BufferedImage;
002:    import java.io.File;
003:    import javax.imageio.ImageIO;
004:    import java.io.IOException;
005:    
006:    public class Binarization2 {
007:    	public static void main( String[] args ) {
008:    		// ファイル名
009:    		String inname, outname;
010:    		// 画像格納クラス
011:    		BufferedImage img = null;
012:    
013:    		// 入力した引数が２つ以上かを調べる
014:    		if ( 2 > args.length ) {
015:    			// 入力した引数が２つ未満の場合、使用方法を表示する
016:    			System.out.println(
017:    				 "Binarization2 [入力JPEG名]  [出力BMP名]" );
018:    			return;
019:    		}
020:    
021:    		// 入力JPEG名をinnameに代入（拡張子".jpg"省略なし）
022:    		inname  = args[ 0 ];
023:    		// 出力BMP名をoutnameに代入（拡張子".bmp"省略なし）
024:    		outname = args[ 1 ];
025:    
026:    		// JPEG画像の読み込み
027:    		try {
028:    			// inname(入力JPEG)を読み込んでimgにセット
029:    			img = ImageIO.read( new File( inname ) );
030:    		} catch (Exception e) {
031:    			// inname(入力JPEG)の読み込みに失敗したときの処理
032:    			 e.printStackTrace();
033:    			return;
034:    		}
035:    
036:    		// 画像の色の持ち方をチェック
037:    		if ( BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR != img.getType() )
038:    		{
039:    			System.out.println( "対応していないカラーモデルです！("
040:    									 + inname +")" );
041:    			return;
042:    		}
043:    
044:    		// ２値化
045:    		int x, y;
046:    		int width, height;
047:    		int color, r, g, b;
048:    		int newcolor;
049:    		BufferedImage img2 = null;
050:    
051:    		// 画像サイズの取得
052:    		width = img.getWidth();
053:    		height= img.getHeight();
054:    
055:    		// １ビットカラーの画像を作成
056:    		try {
057:    			img2 = new BufferedImage( width, height,
058:    					BufferedImage.TYPE_BYTE_BINARY );
059:    		} catch ( Exception e ) {
060:    			// 画像作成に失敗したときの処理
061:    			e.printStackTrace();
062:    			return;
063:    		}
064:    
065:    		// ２値化処理
066:    		for ( y = 0; y < height; ++ y ) {
067:    			for ( x = 0; x < width; ++ x ) {
068:    				// (x,y)の色を取得
069:    				color = img.getRGB( x, y );
070:    
071:    				// 色をr,g,bに分解
072:    				r = ( color >> 16 ) & 0xff;
073:    				g = ( color >> 8 ) & 0xff;
074:    				b = color & 0xff;
075:    
076:    				// r,g,bの色を合成
077:    				newcolor = ( r << 16 ) + ( g << 8 ) + b;
078:    
079:    				// 合成した色を(x,y)に設定
080:    				img2.setRGB( x, y, newcolor );
081:    			}
082:    		}
083:    
084:    		// ２値のBMPで保存
085:    		try {
086:    			boolean result;
087:    			// imgをoutname(出力BMP)に保存
088:    			result = ImageIO.write( img2, "bmp", new File( outname ) );
089:    		} catch ( Exception e ) {
090:    			// outname(出力BMP)の保存に失敗したときの処理
091:    			e.printStackTrace();
092:    			return;
093:    		}
094:    
095:    		// 正常に終了
096:    		System.out.println( "正常に終了しました" );
097:    	}
098:    }

Binarization2を実行

java Binarization2 indexcolor-full.jpg binarization2.bmp

１つ目の引数で渡したJPEGファイルをグレースケールの画像に変換し、２つ目の引数で指定したBMPファイル名で保存します。

実行結果

・元の画像(indexcolor-full.jpg.jpg)

・変換後の２値のBMP画像(binarization2.bmp)

画像が、白と黒の２色で表現されました。作成したBMP形式の画像は非圧縮ですが、ビットの深さが１（２色を表す）なのでサイズは、比較的小さくなっています。

それでは、このソースコードを順番に見ていきましょう。

001:    import java.awt.image.BufferedImage;
002:    import java.io.File;
003:    import javax.imageio.ImageIO;
004:    import java.io.IOException;

Javaのクラスライブラリの中から「java.awt.image.BufferedImage」と「java.io.File」と「javax.imageio.ImageIO」と「java.io.IOException」というパッケージにあるクラスを、このプログラム内で使うために記述します。この記述により、ImageIOクラスとBufferedImageクラスが利用できるようになります。

006:    public class Binarization2 {

クラス名を、Binarization2としています。

007:    	public static void main( String[] args ) {

このmainメソッドからプログラムを実行します。

008:    		// ファイル名
009:    		String inname, outname;
010:    		// 画像格納クラス
011:    		BufferedImage img = null;

このプログラムで使う変数を宣言しています。

013:    		// 入力した引数が２つ以上かを調べる
014:    		if ( 2 > args.length ) {
015:    			// 入力した引数が２つ未満の場合、使用方法を表示する
016:    			System.out.println(
017:    				 "Binarization2 [入力JPEG名]  [出力BMP名]" );
018:    			return;
019:    		}

２つ以上の引数が与えられたかをチェックし、２つ未満の場合に、使い方のメッセージを表示し、returnによってmainメソッドを抜けています。

021:    		// 入力JPEG名をinnameに代入（拡張子".jpg"省略なし）
022:    		inname  = args[ 0 ];
023:    		// 出力BMP名をoutnameに代入（拡張子".bmp"省略なし）
024:    		outname = args[ 1 ];

与えられた引数をそれぞれ、入力JPEG名の変数(inname)、出力BMP名の変数(outname)代入しています。

026:    		// JPEG画像の読み込み
027:    		try {
028:    			// inname(入力JPEG)を読み込んでimgにセット
029:    			img = ImageIO.read( new File( inname ) );
030:    		} catch (Exception e) {
031:    			// inname(入力JPEG)の読み込みに失敗したときの処理
032:    			 e.printStackTrace();
033:    			return;
034:    		}

入力JPEG名の変数(inname)を読み込んで、BufferedImageクラスのimgに格納しています。この処理には、ImageIOクラスのreadメソッドを使います。

ImageIO.readメソッド

public static BufferedImage read( File input ) throws IOException

■Fileオブジェクトを復元した結果をBufferedImageに格納します。

  パラメータ input : Fileオブジェクト

  戻り値     inputを復元したBufferedImageaを返します。

try { ～ } catchは、失敗する可能性がある処理を波括弧で囲み、その処理に失敗したときにcatch { ～ }の波括弧で囲まれた処理を実行するということです。この場合は、JPEGファイル名が不正であったり、存在していなかったり、フォーマットが違っているなどが原因で処理が失敗する可能性があります。処理が失敗するとreturnによってmainメソッドを抜けるようにしています。

036:    		// 画像の色の持ち方をチェック
037:    		if ( BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR != img.getType() )
038:    		{
039:    			System.out.println( "対応していないカラーモデルです！("
040:    									 + inname +")" );
041:    			return;
042:    		}

BufferedImageクラスのgetTypeメソッドで画像のイメージ型を取得しています。

BufferedImage.getTypeメソッド

public static int getType()

■イメージ型を返します。
  パラメータ なし

  戻り値     BufferedImage のイメージ型を返します。

044:    		// ２値化
045:    		int x, y;
046:    		int width, height;
047:    		int color, r, g, b;
048:    		int newcolor;
049:    		BufferedImage img2 = null;

２値化で使う変数を宣言しています。

051:    		// 画像サイズの取得
052:    		width = img.getWidth();
053:    		height= img.getHeight();

widthに画像の幅(ピクセル)、heightに画像の高さ(ピクセル)を代入しています。

055:    		// １ビットカラーの画像を作成
056:    		try {
057:    			img2 = new BufferedImage( width, height,
058:    					BufferedImage.TYPE_BYTE_BINARY );
059:    		} catch ( Exception e ) {
060:    			// 画像作成に失敗したときの処理
061:    			e.printStackTrace();
062:    			return;
063:    		}

フルカラーと同じ大きさの新しい２値画像を作成しています。色の種類BufferedImage.TYPE_BYTE_BINARYでBufferedImageクラスを作成すると２値画像になります。

065:    		// ２値化処理
066:    		for ( y = 0; y < height; ++ y ) {
067:    			for ( x = 0; x < width; ++ x ) {
068:    				// (x,y)の色を取得
069:    				color = img.getRGB( x, y );

画像の中の全てのピクセルの座標を参照する変数xと変数yの多重ループをつくり、その座標の色情報を取得しています。具体的には、変数yを0～height-1、変数xを0～width-1に変化させながら、BufferedImageクラスのgetRGBメソッドで、(x,ｙ)の色を変数colorに代入しています。

BufferedImage.getRGBメソッド

public static int getRGB( int x, int y )

■(x,y)で指定した画像座標の色情報を取得します。

  パラメータ x : 画像のx座標(単位ピクセル)
  　　　　　 y : 画像のy座標(単位ピクセル)

  戻り値     (x,y)の色情報

071:    				// 色をr,g,bに分解
072:    				r = ( color >> 16 ) & 0xff;
073:    				g = ( color >> 8 ) & 0xff;
074:    				b = color & 0xff;

変数colorに入っている色情報を赤(R)、緑(G)画、青(B)の成分に分解し、それぞれ変数a、b、cに代入しています。

色の分解方法の詳細はこちらを参照してください。「色をARGB値に分解」

076:    				// r,g,bの色を合成
077:    				newcolor = ( r << 16 ) + ( g << 8 ) + b;

色の成分を合成して、新しい色(変数newcolor)を作成しています。

079:    				// 合成した色を(x,y)に設定
080:    				img2.setRGB( x, y, newcolor );

新しい色(変数newcolor)を(x,y)に代入すると自動的に近い方の色が選択されます。

084:    		// ２値のBMPで保存
085:    		try {
086:    			boolean result;
087:    			// imgをoutname(出力BMP)に保存
088:    			result = ImageIO.write( img2, "bmp", new File( outname ) );
089:    		} catch ( Exception e ) {
090:    			// outname(出力BMP)の保存に失敗したときの処理
091:    			e.printStackTrace();
092:    			return;
093:    		}

BufferedImageクラスのimgのメモリ内のデータを、出力BMP名の変数(outname)に格納されているファイル名で保存します。この場合は、BMPファイル名が不正であったり、保存先のHDDなどが存在していなかったり、空き容量が少ないなどが原因で処理が失敗する可能性があります。

ImageIO.writeメソッド

public static boolean write( RenderedImage im, String formatName, File output ) throws IOException

■BufferedImageを画像ファイルに保存します。

  パラメータ RenderedImage : 保存するRenderedImage
                  formatName     : 画像ファイルのフォーマット(png/jpeg/bmp/gifなど）
                  output             : Fileオブジェクト

  戻り値     保存に成功するとtrue、失敗するとfalseを返します。

095:    		// 正常に終了
096:    		System.out.println( "正常に終了しました" );

全ての処理が正常終了すると、ここまで処理が実行されます。

以上です。

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・２値化 その2

Binarization2を実行

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