テーブルによる色変換その1 - 【ゆるゆるプログラミング】

2017.08.27

2025.03.17

テーブルによる色変換

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import javax.imageio.ImageIO;
import java.io.IOException;

public class ColorConversion {
	// modeによるカラーテーブルの設定
	static void setTable( int[] colorconv_r, int[] colorconv_g, int[] colorconv_b,
									 int mode )
	{
		int    i, col;
		double rad;

		switch ( mode ) {
			case 0:
				// 色反転
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = 255 - i;
					colorconv_g[ i ] = 255 - i;
					colorconv_b[ i ] = 255 - i;
				}
				break;

			case 1:
				// 輝度を半分
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = i / 2;
					colorconv_g[ i ] = i / 2;
					colorconv_b[ i ] = i / 2;
				}
				break;

			case 2:
				// 量子化
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = ( i / 64 ) * 64;
					colorconv_g[ i ] = ( i / 64 ) * 64;
					colorconv_b[ i ] = ( i / 64 ) * 64;
				}
				break;

			case 3:
				// サインカーブ
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					rad = Math.toRadians(  (double)i / 256.0 * 720.0 );
					col =  (int)( Math.sin( rad ) * 127.0 + 127.0 );
					colorconv_r[ i ] = col;
					colorconv_g[ i ] = col;
					colorconv_b[ i ] = col;
				}
				break;

			case 4:
				// 白っぽくする
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = i + 100;
					if ( 255 < colorconv_r[ i ] ) colorconv_r[ i ] = 255;
					colorconv_g[ i ] = i + 100;
					if ( 255 < colorconv_g[ i ] ) colorconv_g[ i ] = 255;
					colorconv_b[ i ] = i + 100;
					if ( 255 < colorconv_b[ i ] ) colorconv_b[ i ] = 255;
				}
				break;


			case 5:
				// 赤成分だけの残す
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = i;
					colorconv_g[ i ] = 0;
					colorconv_b[ i ] = 0;
				}
				break;


			case 6:
				// 緑成分だけの残す
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = 0;
					colorconv_g[ i ] = i;
					colorconv_b[ i ] = 0;
				}
				break;


			case 7:
				// 青成分だけの残す
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = 0;
					colorconv_g[ i ] = 0;
					colorconv_b[ i ] = i;
				}
				break;

			default:
				// 入力値と出力値を同じにする
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = i;
					colorconv_g[ i ] = i;
					colorconv_b[ i ] = i;
				}
				break;
		} 
	}


	public static void main( String[] args ) {
		// 結果格納フラグ
		boolean result;
		// 色変換モード
		int mode;
		// ファイル名
		String inname, outname;
		// 画像格納クラス
		BufferedImage img = null;

		// 入力した引数が３つ以上かを調べる
		if ( 3 > args.length ) {
			// 入力した引数が３つ未満の場合、使用方法を表示する
			System.out.println( "ColorConversion [入力JPG][出力JPG][ﾓｰﾄﾞ]" );
			return;
		}

		// 入力JPEG名をinnameに代入（拡張子".jpg"省略なし）
		inname  = args[ 0 ];
		// 出力JPEG名をoutnameに代入（拡張子".jpg"省略なし）
		outname = args[ 1 ];

		// モードをmodeに代入
		try {
			// 引数を変換し、モードに代入
			mode = Integer.valueOf( args[ 2 ] );
		}
		catch( NumberFormatException ne )
		{
			System.out.println( "引数が不正です" );
			return;
		}

		// JPEGの読み込み
		try {
			// inname(入力JPEG)を読み込んでimgにセット
			img = ImageIO.read( new File( inname ) );
		} catch (Exception e) {
			// inname(入力JPEG)の読み込みに失敗したときの処理
			 e.printStackTrace();
			return;
		}


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

		// 色変換
		int x, y;
		int width, height;
		int color, r, g, b;
		int p;
		int newcolor;

		// 色変換テーブル
		int[] colorconv_r = new int[ 256 ];
		int[] colorconv_g = new int[ 256 ];
		int[] colorconv_b = new int[ 256 ];


		// 色変換テーブル設定
		setTable( colorconv_r, colorconv_g, colorconv_b, mode );

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

		for ( y = 0; y < height; ++ y ) {
			for ( x = 0; x < width; ++ x ) {
				// (x,y)の色を取得
				color = img.getRGB( x, y );

				// 色をr,g,bに分解
				r = ( color >> 16 ) & 0xff;
				g = ( color >> 8 ) & 0xff;
				b = color & 0xff;

				// r,g,bの色をテーブルで変換
				r = colorconv_r[ r ];
				g = colorconv_g[ g ];
				b = colorconv_b[ b ];

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

				// 合成した色を(x,y)に設定
				img.setRGB( x, y, newcolor );
			}
		}

		try {
			// imgをoutname(出力JPEG)に保存
			result = ImageIO.write( img, "jpeg", new File( outname ) );
		} catch ( Exception e ) {
			// outname(出力JPEG)の保存に失敗したときの処理
			e.printStackTrace();
			return;
		}

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

コンパイルソースコードが「ANSI」の場合

C:\talavax\javasample>javac -encoding sjis ColorConversion.java

コンパイルソースコードが「UTF-8」の場合

C:\talavax\javasample>javac ColorConversion.java

実行

C:\talavax\javasample>java ColorConversion sampleimage005_300x200.jpg colorconversion_0001.jpg 1

１つ目の引数で元のJPEGファイル名、２つ目の引数に作成するJPEG 画像ファイル名、３つ目に色変換モードを指定します。

・元の画像(sampleimage005_300x200.jpg)

・モード=0で作成した画像(colorconversion_0000.jpg)

・モード=1で作成した画像(colorconversion_0001.jpg)

・モード=2で作成した画像(colorconversion_0002.jpg)

・モード=3で作成した画像(colorconversion_0003.jpg)

・モード=4で作成した画像(colorconversion_0004.jpg)

・モード=5で作成した画像(colorconversion_0005.jpg)

・モード=6で作成した画像(colorconversion_0006.jpg)

・モード=7で作成した画像(colorconversion_0007.jpg)

モードによっていろいろな処理の画像が作成されることが分かります。

Javaソースコードの解説

ここでは、色変換テーブルを使った色変換のJava ソースコードのテーブル設定部分を上から順番に解説していきます。

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import javax.imageio.ImageIO;
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「java.awt.image.RasterFormatException」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クラスとRasterFormatExceptionが利用できるようになります。

public class ColorConversion {

クラス名を、ColorConversionとしています。

007
008

	// modeによるカラーテーブルの設定
	static void setTable( int[] colorconv_r, int[] colorconv_g, int[] colorconv_b,

モード(mode)に対応した色変換テーブル（colorconv_r、colorconv_g、colorconv_b）を設定します。

			case 0:
				// 色反転
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = 255 - i;
					colorconv_g[ i ] = 255 - i;
					colorconv_b[ i ] = 255 - i;
				}
				break;

mode=0の時、RGB(0～255)を255から引いた値をテーブルに格納しています。これで色が反転します。

			case 1:
				// 輝度を半分
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = i / 2;
					colorconv_g[ i ] = i / 2;
					colorconv_b[ i ] = i / 2;
				}
				break;

mode=1の時、RGB(0～255)を２で割った値をテーブルに格納しています。これで画像の色が暗くなります。

			case 2:
				// 量子化
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = ( i / 64 ) * 64;
					colorconv_g[ i ] = ( i / 64 ) * 64;
					colorconv_b[ i ] = ( i / 64 ) * 64;
				}
				break;

mode=2の時、RGB(0～255)を64で割った後、64を掛け直してテーブルに格納しています。RGBそれぞれのテーブルの値が、0／64／128／192の４種類だけになり、少ない色数で表現された画像になります。

			case 3:
				// サインカーブ
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					rad = Math.toRadians(  (double)i / 256.0 * 720.0 );
					col =  (int)( Math.sin( rad ) * 127.0 + 127.0 );
					colorconv_r[ i ] = col;
					colorconv_g[ i ] = col;
					colorconv_b[ i ] = col;
				}
				break;

mode=3の時、RGB(0～255)を256.0で割った後、720.0を掛けることで、0～255の値を0.0～720.0°の範囲の角度に変換します。その角度のsinに127.0を掛けて127.0を足すことで0～254を求め、それをテーブルに格納しています。

			case 4:
				// 白っぽくする
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = i + 100;
					if ( 255 < colorconv_r[ i ] ) colorconv_r[ i ] = 255;
					colorconv_g[ i ] = i + 100;
					if ( 255 < colorconv_g[ i ] ) colorconv_g[ i ] = 255;
					colorconv_b[ i ] = i + 100;
					if ( 255 < colorconv_b[ i ] ) colorconv_b[ i ] = 255;
				}
				break;

mode=4の時、RGB(0～255)に100を足し、その値をテーブルに格納しています。値が255を超えた場合に255を格納します。

			case 5:
				// 赤成分だけの残す
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = i;
					colorconv_g[ i ] = 0;
					colorconv_b[ i ] = 0;
				}
				break;

mode=5の時、R(0～255)の値を、Rの変換テーブルにそのまま格納します。GとBのテーブルには0を格納します。

			case 6:
				// 緑成分だけの残す
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = 0;
					colorconv_g[ i ] = i;
					colorconv_b[ i ] = 0;
				}
				break;

mode=6の時、G(0～255)の値を、Gの変換テーブルにそのまま格納します。RとBのテーブルには0を格納します。

			case 7:
				// 青成分だけの残す
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = 0;
					colorconv_g[ i ] = 0;
					colorconv_b[ i ] = i;
				}
				break;

mode=7の時、B(0～255)の値を、Bの変換テーブルにそのまま格納します。RとGのテーブルには0を格納します。

			default:
				// 入力値と出力値を同じにする
				for ( i = 0; i < 256; ++ i ) {
					colorconv_r[ i ] = i;
					colorconv_g[ i ] = i;
					colorconv_b[ i ] = i;
				}
				break;

modeが0～7以外の時、RGB(0～255)の値を、変換せずにテーブルに格納します。入力画像と出力画像が同じになります。

	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。

		// 結果格納フラグ
		boolean result;
		// 色変換モード
		int mode;
		// ファイル名
		String inname, outname;
		// 画像格納クラス
		BufferedImage img = null;

このプログラムで使う変数を宣言しています。

		// 入力した引数が３つ以上かを調べる
		if ( 3 > args.length ) {
			// 入力した引数が３つ未満の場合、使用方法を表示する
			System.out.println( "ColorConversion [入力JPG][出力JPG][ﾓｰﾄﾞ]" );
			return;
		}

３つ以上の引数が与えられたかをチェックし、３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。

		// 入力JPEG名をinnameに代入（拡張子".jpg"省略なし）
		inname  = args[ 0 ];
		// 出力JPEG名をoutnameに代入（拡張子".jpg"省略なし）
		outname = args[ 1 ];

		// モードをmodeに代入
		try {
			// 引数を変換し、モードに代入
			mode = Integer.valueOf( args[ 2 ] );
		}
		catch( NumberFormatException ne )
		{
			System.out.println( "引数が不正です" );
			return;
		}

与えられた引数をそれぞれ、入力JPEGファイル名、出力JPEGファイル名、モードを格納する変数に代入しています。

		// JPEGの読み込み
		try {
			// inname(入力JPEG)を読み込んでimgにセット
			img = ImageIO.read( new File( inname ) );
		} catch (Exception e) {
			// inname(入力JPEG)の読み込みに失敗したときの処理
			 e.printStackTrace();
			return;
		}

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。

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

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。

		// 色変換
		int x, y;
		int width, height;
		int color, r, g, b;
		int p;
		int newcolor;

色変換処理で使う変数を宣言しています。

		// 色変換テーブル
		int[] colorconv_r = new int[ 256 ];
		int[] colorconv_g = new int[ 256 ];
		int[] colorconv_b = new int[ 256 ];

色変換テーブルを宣言しています。

172
173

		// 色変換テーブル設定
		setTable( colorconv_r, colorconv_g, colorconv_b, mode );

色変換テーブルにモードに対応した値を代入しています。

175
176
177

		// 画像サイズの取得
		width = img.getWidth();
		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。

179
180

		for ( y = 0; y < height; ++ y ) {
			for ( x = 0; x < width; ++ x ) {

画像の中の全てのピクセルの座標を参照するループをつくっています。具体的には、変数yを0～height-1、変数xを0～width-1に変化させています。

181
182

				// (x,y)の色を取得
				color = img.getRGB( x, y );

ピクセル座標(x,y)の色を取得しています。

				// 色をr,g,bに分解
				r = ( color >> 16 ) & 0xff;
				g = ( color >> 8 ) & 0xff;
				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r、g、bに代入しています。

				// r,g,bの色をテーブルで変換
				r = colorconv_r[ r ];
				g = colorconv_g[ g ];
				b = colorconv_b[ b ];

r、g、bの値を色変換テーブル（配列）の添え字とし、テーブルの値をr、g、bに代入しています。

194
195

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

赤(R)、緑(G)、青(B)の成分rgbを合成して、新しい色(変数newcolor)を作成しています。

197
198

				// 合成した色を(x,y)に設定
				img.setRGB( x, y, newcolor );

新しい色(変数newcolor)を(x,y)に代入します。

		try {
			// imgをoutname(出力JPEG)に保存
			result = ImageIO.write( img, "jpeg", new File( outname ) );
		} catch ( Exception e ) {
			// outname(出力JPEG)の保存に失敗したときの処理
			e.printStackTrace();
			return;
		}

BufferedImageクラスのnewimgのメモリ内のデータを、出力JPEG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、JPEG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.wrire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。

211
212

		// 正常に終了
		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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