C言語による画像処理: 色の抜き出し/入れ換え/反転

筑波大学農林工学系　奈佐原（西田）顕郎

Note: 以下, プロンプトを$で表すので, 以下の説明で, $は打ち込まなくてよい。

カラー画像は，基本的には赤(Red), 緑(Green), 青(Blue)の3つの色情報の組み合わせでひとつのピクセルの色が表現されます．ここから，たとえば赤の情報だけを抜き出すと，赤色のセロハンを通して見たようなモノクロ(単色)画像になります．それをやってみましょう．

以下の方針で，各自でプログラムしてみてください．

• 基本的な構造は前回の"reverse_LR.c"と同じ．
• 左右の反転はしないので，1ラインをまとめて読み込む必要はありません．そこで，前々回のcutimage.cのように，ループの部分を

for (y=0; y<YL; y++)
   for (x=0; x<XL; x++)
     {fread(data, BPP, 1, stdin);
      fwrite(data, 1, 1, stdout);
     }

と変更し，さらに配列data[ ]の宣言を，

unsigned char data[BPP]

と変更しましょう．

• ファイル名はcolor_extract.cとしましょう．
• 出力画像ファイル(今回はPPM形式ではなくてPGM形式となる)のヘッダの最初の行は，そのままの文字列(P6)を出力するのではなく，かわりにP5を出力しましょう．なぜなら．．．PNM形式の仕様では，P6はカラーRGB画像(それをPPMと呼ぶ)．P5はモノクロ画像(PGMと呼ぶ)．
• ピクセルデータの出力(fwriteの部分)で，3バイト(プログラムの中ではBPP(byte per pixelの略)として定義されている)ではなく1バイトの出力としましょう．なぜなら．．．3バイトのうち最初の1バイトが赤．それを抜き出すとモノクロ(単色)画像になる．
• コンパイル結果をcolor_extractとし，入力画像lake.ppmと出力画像lake_red.pgmをリダイレクトで指定しましょう．

その結果，次のようにlake_red.pgmができますが，もとのlake.ppmに比べて，ヘッダー部分は除き，大きさが1/3になります．

-rw-r--r--    1 xxxx xxxx     1440060 xx月 xx xx:xx lake.ppm
-rw-r--r--    1 xxxx xxxx      480060 xx月 xx xx:xx lake_red.pgm

←赤チャンネルを抜き出した結果．

同様に，緑，青も抜き出して，並べてみましょう． ヒント： ピクセルデータの出力で，dataをdata+1にすれば緑の抜き出しになります．

←赤チャンネル ←緑チャンネル ←青チャンネル

上の結果をみると，明らかに青チャンネルが他に比べて明るいですが，なぜでしょうか?

カラー画像の各ピクセルは，赤・緑・青の順番で1バイトづつ各色のデータが記述されていますが，この順番を，例えば青・緑・赤に入れ換えるとどうなるでしょうか? 以下の方針で，各自でプログラムしてみてください:

• 基本的な構造は上の"color_extract.c"と同じ．(ただし，チャンネル抽出はしないので，ヘッダーはP6のまま出力)
• ファイル名はcolor_swap.cとしよう．
• 各ピクセルにつき，fwriteを3回行うことで，青・緑・赤の順に1バイトづつ出力する．各fwriteの中で，データの位置をどのように指定するべきか，考えてください．
• コンパイル結果をcolor_swapとし，入力画像lake.ppmと出力画像lake_swap.ppmをリダイレクトで指定する．

←赤と青を入れ換えた結果．

同様に，赤・青・緑や緑・赤・青などの組み合わせ(ぜんぶで3!=6通りあり得る)を試してみましょう．

各ピクセルの各色は0から255までの数字で，大きいほど明るい状況を表しています．そこで，これをひっくりかえして，大きな値ほど「暗くなる」ようにしてみましょう．

まず，ひとつのチャンネルのみに注目して，たとえば赤チャンネルだけ抜き出し，反転させてみましょう．方針は,

• 基本的な構造は上の"color_extract.c"と同じ．
• freadの直後で，以下の行を入れる．

data[0]=255-data[0];
data[1]=255-data[1];
data[2]=255-data[2];

←赤チャンネルを抽出して明るさを反転した結果．

こんどは，3つのチャンネルを全て反転した結果をカラーで出してみましょう.ヒントは無しです．自分で考えてやってみてください．

←全チャンネルの明るさを反転した結果．