2017/03/06 公開
・メディアンカット その２
フルカラー画像の色数を減らす処理の１つのメディアンカットのJavaのソースプログラムを説明していきます。全ソースの内容は、「減色処理(メディアンカット)」を参照してください。
007: // 元画像のRGBを格納するクラス(bitの３次元配列)
008: class ColorCube
009: {
010: private int m_data[];
011:
012: // 初期化
013: public ColorCube()
014: {
015: // intは32bitなので、256x256x256を32で割っている
016: m_data = new int[ 256 * 256 * 256 / 32 ];
017: // 全データを0にする
018: for ( int i = 0; i < m_data.length; ++ i ) m_data[ i ] = 0;
019: }
020:
021:
022: // RGBの値から配列の添え字を計算
023: public int data_position( int r, int g, int b )
024: {
025: if ( ( 0 > r ) || ( 255 < r ) ) return -1;
026: if ( ( 0 > g ) || ( 255 < g ) ) return -1;
027: if ( ( 0 > b ) || ( 255 < b ) ) return -1;
028:
029: return ( ( r * 256 + g ) * 256 + b ) / 32;
030: }
031:
032:
033: // 指定のRGBの位置にbit=1を設定
034: public boolean set( int r, int g, int b )
035: {
036: int dpos;
037:
038: dpos = data_position( r, g, b );
039: if ( 0 > dpos ) return false;
040:
041: //
042: m_data[ dpos ] = m_data[ dpos ] |
043: ( (int)0x80000000 >> ( b % 32 ) );
044:
045: return true;
046: }
047:
048:
049: // 指定のRGBの位置のbitが1かを判定
050: public boolean get( int r, int g, int b )
051: {
052: int dpos;
053:
054: dpos = data_position( r, g, b );
055: if ( 0 > dpos ) return false;
056:
057: //
058: if ( 0 != ( m_data[ dpos ] &
059: ( (int)0x80000000 >> ( b % 32 ) ) ) ) return true;
060:
061: return false;
062: }
063:
064:
065: // 指定のRGBの範囲のbit=1の個数を返す
066: public int pixel_number( int rmin, int rmax, int gmin, int gmax,
067: int bmin, int bmax )
068: {
069: int r, g, b;
070: int pixnum;
071:
072: pixnum = 0;
073: for ( r = rmin; r <= rmax; ++ r ) {
074: for ( g = gmin; g <= gmax; ++ g ) {
075: for ( b = bmin; b <= bmax; ++ b ) {
076: if ( true == get( r, g, b ) ) ++ pixnum;
077: }
078: }
079: }
080:
081: return pixnum;
082: }
画像で使われている全てのRGBの値(0～255)を格納するクラスColorCubeを作りました。このクラスはRGBを軸にした三次元配列を扱うもので、任意のRGB値を有(ON)に設定、RGB値の有無(ON/OFF)の判定、指定したRGBの範囲にあるを有(ON)の数をカウントすることができます。
010: private int m_data[];
011:
012: // 初期化
013: public ColorCube()
014: {
015: // intは32bitなので、256x256x256を32で割っている
016: m_data = new int[ 256 * 256 * 256 / 32 ];
017: // 全データを0にする
018: for ( int i = 0; i < m_data.length; ++ i ) m_data[ i ] = 0;
019: }
実装は３次元配列を使わずに、int型の１次元配列を使い、色の有無(ON/OFF)はint型のビットに割り当てています。
Javaで扱えるデータ型のうち、boolean型(論理値型)が「true」か「false」の２つの値だけを持てるので、色の有無(ON/OFF)を判定するのには最適ですが、今回は使用するデータサイズ(byte)を減らすためにビットを使いました。
boolean型のサイズは、実装はJava仮想マシンに依存するとのことなので1ビット、1バイト(8ビット)、4バイト(8ビット)なのかは不明ですが、意図的に有無(ON/OFF)の情報を1ビットで持つことで、使用するデータ量を最小にしています。RGB値の組み合わせ256×256×256をint型のビット数32で割った、524,288がint型の個数になり、この値にint型のバイト数4を掛けた値、524,288ｘ4=2,097,152バイト(約2メガバイト)が使用するデータ量です。
下図は、G(緑)とB(青)成分を2048個のint型の配列で表したものです。この塊が、R(赤)成分(0～255の256個)に対応する数だけ必要なので、256×2048=52,488が必要なint型となります。
022: // RGBの値から配列の添え字を計算
023: public int data_position( int r, int g, int b )
024: {
025: if ( ( 0 > r ) || ( 255 < r ) ) return -1;
026: if ( ( 0 > g ) || ( 255 < g ) ) return -1;
027: if ( ( 0 > b ) || ( 255 < b ) ) return -1;
028:
029: return ( ( r * 256 + g ) * 256 + b ) / 32;
030: }
data_positionメソッドは、RGBの値が格納されているint型配列の位置を返すメソッドです。指定したr,g,bの値のいずれかが、0～255の範囲にいない場合、-1を返しエラーとしています。このプログラムでは範囲外になることはありませんが、エラー処理としてソースに書いています。
( ( r * 256 + g ) * 256 + b ) / 32は戻り値で、r,g,bからint型配列の添え字を計算しています。上図(G成分とB成分の格納配列)の考え方からは、r * 2048 + g * 8 + b / 32の式のほうがわかりやすいかもしれません。どちらも同じ計算結果になります。
033: // 指定のRGBの位置にbit=1を設定
034: public boolean set( int r, int g, int b )
035: {
036: int dpos;
037:
038: dpos = data_position( r, g, b );
039: if ( 0 > dpos ) return false;
040:
041: //
042: m_data[ dpos ] = m_data[ dpos ] |
043: ( (int)0x80000000 >> ( b % 32 ) );
044:
045: return true;
046: }
setメソッドは、r,g,bの位置に有(ON)を設定するメソッドです。r,g,bでdata_positionメソッドを実行し、配列の添え字dposを取得します。この添え字から取得したm_data[ dpos ]には、32個の情報(32ビット)が含まれているので、この中に必要な情報(1ビット）をセットします。
m_data[ dpos ]の左から( b % 32 ) + 1番目がセットするビットです。0x80000000(２進数で'1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000')を( b % 32 )回分だけ右にビットシフトした値とm_data[ dpos ]の論理和(OR)を計算することで、特定のビットを１(ON)にしています。
ここから、B成分=70を有(ON)にする例を説明します。下図の青線で囲まれた位置は、B=64～95の色の情報を持っているint型配列の位置を示しています。この中のB=70に対応するビットを1にします。
B成分=70のintの位置
①はm_data[ dpos ]の値、②は0x80000000を６回右にビットシフトした値、③は①と②の論理和(OR)を計算した値です。この結果、B成分=70の位置にビット1が設定されたことがわかります。
049: // 指定のRGBの位置のbitが1かを判定
050: public boolean get( int r, int g, int b )
051: {
052: int dpos;
053:
054: dpos = data_position( r, g, b );
055: if ( 0 > dpos ) return false;
056:
057: //
058: if ( 0 != ( m_data[ dpos ] &
059: ( (int)0x80000000 >> ( b % 32 ) ) ) ) return true;
060:
061: return false;
062: }
getメソッドは、r,g,bの位置が有(ON)が無(OFF)かを判定するメソッドです。r,g,bでdata_positionメソッドを実行し、配列の添え字dposを取得します。この添え字から取得したm_data[ dpos ]には、32個の情報(32ビット)が含まれています。
setメソッドと同様に、0x80000000(２進数で'1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000')を( b % 32 )回分だけ右にビットシフトした値を求め、その値とm_data[ dpos ]の論理積(AND)の計算を行い、その値が0でなければ有(ON)と判定し、0なら無(OFF)と判定しています。
以下の例は、B成分=70が有(ON)か無(OFF)かを判定する例です。
①はm_data[ dpos ]の値、②は0x80000000を６回右にビットシフトした値、③は①と②の論理積(AND)を計算した値です。この結果、③が0になったのでB成分=70の位置にビットが無いと判定されます。
これは、元データのB成分=70のビットが1の場合の結果です。③の結果が0ではないのでB成分=70の位置にビットが有ると判定されます。
065: // 指定のRGBの範囲のbit=1の個数を返す
066: public int pixel_number( int rmin, int rmax, int gmin, int gmax,
067: int bmin, int bmax )
068: {
069: int r, g, b;
070: int pixnum;
071:
072: pixnum = 0;
073: for ( r = rmin; r <= rmax; ++ r ) {
074: for ( g = gmin; g <= gmax; ++ g ) {
075: for ( b = bmin; b <= bmax; ++ b ) {
076: if ( true == get( r, g, b ) ) ++ pixnum;
077: }
078: }
079: }
pixel_numberメソッドは、rmin～rmax,gmin～gmax,bmin～bmaxの範囲で設定されている色(ビットが1のもの)の数を取得するメソッドです。
RGBの範囲のColorCubeを参照するループをつくっています。具体的には、変数rをrmin～rmax、変数gをgmin～gmax、変数bをbmin～bmax1に変化させ、getメソッドがtrueの個数を数えます。
ここから先の説明は次回に続きます。
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