影像處理方法java（一）

影像處理方法java（一）
- 1.引言
- 2.基本原理
- - 2.1影像的基本原理
  - 2.2影像資料的處理
  - 2.3位運算
- 3.圖片讀寫與濾鏡效果
- - 3.1圖片讀寫
  - 3.2濾鏡效果
  - - 3.2.1原圖輸出
    - 3.2.2馬賽克
    - 3.2.3灰度
    - 3.2.4濾鏡顏色
    - 3.2.5輪廓
- 4.互動式處理
- - 4.1帶按鈕的表單
  - 4.2動作監聽器
  - 4.3綜合起來
  - - 4.3.1創建ImageUtils類
    - 4.3.2創建ImageListener類
    - 4.3.3創建ImageUI類
    - 4.3.4運行結果
- 5.心得體會

1.引言

??初學java，想做一個簡易的美顏相機，對影像處理的一些方法進行了相應的學習，主要包括影像的原理、影像的資料處理、位運算、濾鏡效果、圖片讀寫等，

2.基本原理

2.1影像的基本原理

??每一張影像，其實都是由一個個的帶有顏色的點組成的矩陣，也就是我們常說的像素點矩陣，同時橫縱坐標像素點的個數乘積就是影像的解析度，
??每一個像素點的顏色，都是有相應的編號的，一般的存盤格式是RGB和ARGB格式，RGB格式：RGB其實就是三原色，Red、Green、Blue，每一種原色的編號范圍是0-255，也就是存盤在一個位元組（8位2進制）中，Red從0到255顏色會越來越“紅”，紅的程度會加深，
??舉個例子來說，對于RGB: 123, 200,13 來說，這個顏色是由Red123，Green200，Blue13這三種顏色合成的，
??所以我們很容易知道，RGB是占三個位元組，可以存盤在整型變數（四個位元組）中，并且存盤在低24位，那么就會出現高8位沒有使用的情況，ARGB格式就是把高8位也利用起來，用來存其他的資訊例如照片拍攝日期等等，

2.2影像資料的處理

??初始化生成一個表單，然后通過亂數隨機生成一張RGB格式的圖片，通過位移運算計算RGB格式里red、green、blue的值（位移運算在2.3會講解），對于濾鏡等操作，就可以通過調節red、green、blue的值來實作，比如說red=red/2，就能實作圖片紅色降度，也就是照片的紅色不會太鮮艷，
??我們常常也會聽說灰度圖片，就是照片會變成灰色，這種照片的每一個像素點的RGB值均滿足red=green=blue，我們可以調整三原色的占比來確定灰階（詳見代碼），
??二維碼：有了灰階，也就是對每一個像素值都有唯一標準了，我們可以確定一個分界值a，當算出的灰度值大于a，就用白色來表示；若小于a，就用黑色來表示，并且使用fiilRect方法的時候，把像素點的寬和高調大一點，我們就可以得到這張圖片的二維碼了，也就是說，這個二維碼儲存了我這張圖片的資料，

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.util.Random;

import javax.swing.JFrame;
public class ImageUI extends JFrame {
    //初始化一個表單
    
    public void initUI(){
        setTitle("影像編程");
        setSize(1000,1000);
        setVisible(true);
        setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);
    }
    /*
    * 表單出現在螢屏上時呼叫
    * 繪制表單本身
    * 在表單上繪制像素點
    * @param g :圖形物件 可以來繪制圖形
    * Graphics 圖形
    * g.fillRect(x,y,w,h);
    */
    public void paint(Graphics g){
        super.paint(g);
        //g.fillRect(100,100,10,10);
        int[][] imgarr=new int[300][300];
        // 隨機創建顏色矩陣
        Random random = new Random();
        for (int i = 0; i < 300; i++) {
            for (int j = 0; j < 300; j++) {
                int colorValue = random.nextInt(256*256*256);
                imgarr[i][j]=colorValue;
                Color color = new Color(colorValue);
                g.setColor(color);
                g.fillRect(50+i,50+j,1,1);
            }
        }
        for (int i = 0; i <imgarr.length; i+=10) {
            for (int j = 0; j < imgarr[i].length; j+=10) {
                int value = imgarr[i][j];
                int red =(value>>16)&0xFF;
                int green =(value>>8)&0xFF;
                int blue =(value>>0)&0xFF;
    // 灰度 r=g=b
    // 有了灰階 一張照片所有的像素值都具有同樣的標準了
                int gray =(int)(red*0.36+green*0.29+blue*0.35);
                if(gray>128){
                g.setColor(Color.white);
                }
                else{
                    g.setColor(Color.black);
                }
                g.fillRect(400+i,50+j,10,10);
            }
        }
    }
    // 啟動程式
    public static void main(String[] args) {
        ImageUI img = new ImageUI();
        img.initUI();
    }
}

運行圖片
在這里插入圖片描述

2.3位運算

??這里主要講如何通過存盤RGB的整型int得到red、green、blue的值；以及red、green、blue如何合成為一個int，
??我們了解了RGB的存盤原理，很容易知道：17-24位存red，9-16位存green，1-8位存blue，用除法和減法可以提取出red、green、blue，但是這樣運算速度會慢一些，可以用位移運算，運算速度會快一些，
??假設RGB的值存盤在int value中，通過位移運算有：
??????int red =(value>>16)&0xFF;
??????int green =(value>>8)&0xFF;
??????int blue =(value>>0)&0xFF;
為什么要位移之后與0xFF求與運算呢？ 仔細分析后，我們知道，與0xFF做與運算后，可以將除低8位以外的所有位的數字變為0，
??所以我們以此類推，我們發現把red、green、blue合成一個RGB時，可以通過位移加上或運算來實作：
??????int rgb= (red<<16)|(green<<8)|blue;

3.圖片讀寫與濾鏡效果

3.1圖片讀寫

??圖片的輸入，我寫了一個輸入圖片的方法，加上想要讀取的圖片路徑，路徑是相對路徑和絕對路徑都可以，我的圖片和代碼是放在一個檔案夾里的，所以用的相對路徑，
使用ImageIO.read（）方法的時候，需要創建BufferedImage類的物件

    int[][] imgarr = getImagePixArr("picture4.jpeg");
    //這里imgarr是創建的二維陣列，用來存盤圖片的像素點矩陣，
    public int[][] getImagePixArr(String path){
        // 宣告一個檔案物件
        File file = new File(path);
        BufferedImage buffimg=null;
        try {// 處理檔案IO例外
            // 讀取為 buffimg 物件
            buffimg = ImageIO.read(file);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 寬 高 圖片型別 ARGB
        int w = buffimg.getWidth();
        int h = buffimg.getHeight();
        // 根據 圖片物件的寬 高 生成一個二維陣列 -- 線性結構
        int[][] imgarr = new int[w][h];
        // 遍歷存盤像素值
        for (int i = 0; i < w; i++) {
            for (int j = 0; j < h; j++) {
                imgarr[i][j]= buffimg.getRGB(i,j);
            }
        }
        return imgarr;
    }

??圖片輸出的話也是一樣，也需要創建BufferedImage類的物件，代碼如下：

public void outImagePixArr(int[][] imgarr ,String path){
        // 宣告一個檔案物件
        File file = new File(path);
        BufferedImage buffimg = new BufferedImage(imgarr.length ,imgarr[0].length ,BufferedImage.TYPE_INT_ARGB);
        for (int i = 0; i < imgarr.length; i++){
            for (int j = 0; j < imgarr[i].length; j++){
                buffimg.setRGB(i, j, imgarr[i][j]);
            }
        }
        try {// 處理檔案IO例外
            // 讀取為 buffimg 物件
            ImageIO.write(buffimg, "PNG", file);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        
        //return;
        }
    }

3.2濾鏡效果

3.2.1原圖輸出

    // 原圖
        for (int i = 0; i < imgarr.length; i++) {
            for (int j = 0; j < imgarr[i].length; j++) {
                Color color = new Color(imgarr[i][j]);
                g.setColor(color);
                g.fillRect(i,j,1,1);
            }
        }

3.2.2馬賽克

??馬賽克就是模糊處理，把一個像素點的長寬變大即可，

// 馬賽克
        for (int i = 0; i < imgarr.length; i+=10) {
            for (int j = 0; j < imgarr[i].length; j+=10) {
                Color color = new Color(imgarr[i][j]);
                g.setColor(color);
                g.fillRect(750+i,j,10,10);
            }
        }

3.2.3灰度

??在前面已經講過，灰度圖片的red=green=blue，

// 灰度
        for (int i = 0; i < imgarr.length; i++) {
            for (int j = 0; j < imgarr[i].length; j++) {
                int value = imgarr[i][j];
                int red=(value>>16)&0xFF;
                int green=(value>>8)&0xFF;
                int blue=(value>>0)&0xFF;
                int gray = (red+green+blue)/3;
                Color color = new Color(gray,gray,gray);
                g.setColor(color);
                g.fillRect(i,400+j,1,1);
            }
        }

3.2.4濾鏡顏色

??這個濾鏡是我自己調的，可能不是很好看，red變為原來的0.8，green變成原來的0.5，blue變成原來的0.6，

//濾鏡
        for (int i = 0; i < imgarr.length; i++){
            for (int j = 0; j < imgarr[i].length; j++){
                int value = imgarr[i][j];
                int red=(value>>16)&0xFF;
                int green=(value>>8)&0xFF;
                int blue=(value>>0)&0xFF;
                red = red*4/5;
                green = green/2;
                blue = blue*3/5;
                //imgarr1 = (red<<16)|(green<<8)|blue;
                Color color = new Color(red,green,blue);
                g.setColor(color);
                g.fillRect(i,400+j,1,1);
            }
        }

3.2.5輪廓

//輪廓
        for (int i = 0; i < imgarr.length-2; i++) {
            for (int j = 0; j < imgarr[i].length-2; j++) {
                int value = imgarr[i][j];
                int red=(value>>16)&0xFF;
                int green=(value>>8)&0xFF;
                int blue=(value>>0)&0xFF;
                int gray = (red+green+blue)/3;
                int nvalue = imgarr[i+2][j+2];
                int nred=(nvalue>>16)&0xFF;
                int ngreen=(nvalue>>8)&0xFF;
                int nblue=(nvalue>>0)&0xFF;
                int ngray = (nred+ngreen+nblue)/3;
                if(Math.abs(gray-ngray)>10){
                    g.setColor(Color.white);
                }else{
                    g.setColor(Color.black);
                }
                // Color color = new Color(ngray,ngray,ngray);
                g.fillRect(750+i,400+j,1,1);
            }
        }

運行圖片
在這里插入圖片描述

4.互動式處理

4.1帶按鈕的表單

??創建一個UI類，可以生成帶按鈕的表單，那個布局方法是自動把按鈕布局，

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import javax.swing.JFrame;
public class UI extends JFrame{
    // 構造方法
    // 創建物件時呼叫
    String[] strs={"原圖","灰度","懷舊","馬賽克","二值化","融合","輪廓"};
    public void initUI() {
        setTitle("影像表單");
        setSize(2200, 1000);
        setVisible(true);
        setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        //布局
        FlowLayout fl =new FlowLayout();
        setLayout(fl);
        for (int i = 0; i < strs.length; i++) {
            JButton btn = new JButton(strs[i]);
            add(btn);
        }
        setVisible(true);
    }
    public static void main(String[] args) {
        UI img = new UI();
        img.initUI();
    }
}

運行結果
在這里插入圖片描述
但是我們在表單上點擊按鈕，是沒有反應的，于是我們需要一個Listener類，也就是監聽器，來監聽按鈕是否被點擊，如果被點擊就會進行相應操作，

4.2動作監聽器

??ActionListener——動作監聽器，作用是監聽按鈕是否被點擊了，如果被點擊了就呼叫一個預設好的方法（方法的內容需要自己來寫），實作介面interface時，用implements關鍵字，可以變相實作多繼承，

import java.awt.event.ActionListener;
// 1:首先創建一個類 使用 implements ActionListener
public class ImageListener implements ActionListener{
	// 2:重寫ActionListener 中的方法
	public void actionPerformed(ActionEvent e){
		// 3: 點什么按鈕就繪制什么影像
		System.out.println("點擊了按鈕 ");
	}
}

運行結果：點一下按鈕就會輸出“點擊了按鈕 ”

4.3綜合起來

??前文講了很多細節的處理以及方法，現在我們就可以創建一個表單，一個有按鈕的表單，點擊按鈕能得到相應“濾鏡”的圖片，不再是4.1那樣沒有反應的按鈕；也不再是4.2只輸出一句話，我們重寫方法后，可以把圖片輸出在表單上，

4.3.1創建ImageUtils類

??創建這個工具類目的有兩個：第一，讀取某個路徑下的圖片，把他存在我們的像素點矩陣imgarr（二維陣列）中，這個我在3.1中有介紹；第二，就是能把處理后的像素點矩陣“畫出來”，也就是圖片，

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

public class ImageUtils {
    public int[][] getImagePixArr(String path){
        // 宣告一個檔案物件
        File file = new File(path);
        BufferedImage buffimg=null;
        try {// 處理檔案IO例外
            // 讀取為 buffimg 物件
            buffimg = ImageIO.read(file);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        // 寬 高 圖片型別 ARGB
        int w = buffimg.getWidth();
        int h = buffimg.getHeight();
        // 根據 圖片物件的寬 高 生成一個二維陣列 -- 線性結構
        int[][] imgarr = new int[w][h];
        // 遍歷存盤像素值
        for (int i = 0; i < w; i++) {
            for (int j = 0; j < h; j++) {
                imgarr[i][j]= buffimg.getRGB(i,j);
            }
        }
            return imgarr;
    }
    public void drawImage0(int[][] imgarr,Graphics g){
        for (int i = 0; i < imgarr.length; i++) {
            for (int j = 0; j < imgarr[i].length; j++) {
                Color color = new Color(imgarr[i][j]);
                g.setColor(color);
                g.fillRect(100+i,100+j,1,1);
            }
        }
    }
}

4.3.2創建ImageListener類

??創建這個動作監聽器類，作用是監聽按鈕是否被點擊了，如果點擊了就呼叫相應的方法，我們在4.2中重寫了方法，點擊就會輸出“點擊了按鈕 ”；現在，我們再次重寫方法，點擊相應的按鈕，就輸出對應按鈕的圖片，（這里我只重寫了輸出原圖的方法，輸出其他“濾鏡”圖片的方法只需要把3.2中的代碼粘貼修改即可）

import java.awt.*;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;

public class ImageListener implements ActionListener{
    Graphics gr;
    ImageUtils imageUtils = new ImageUtils();
    int[][] imgarr=null;
    {   // 初始化的代碼塊 創建物件時執行
        imgarr = imageUtils.getImagePixArr("picture4.jpeg");
    }
    // 2:重寫ActionListener 中的方法
    public void actionPerformed(ActionEvent e){
        // 3: 點什么按鈕就繪制什么影像
        // 如何區分 按鈕
        //獲取按鈕的字串
        String btnstr = e.getActionCommand();
        //System.out.println("點擊了 按鈕 "+btnstr);
        if(btnstr.equals("原圖")){
            // 繪制原圖
            // gr.drawString(btnstr,200,200);
            imageUtils.drawImage0(imgarr,gr);
        }
    }
}

4.3.3創建ImageUI類

??創建這個類，其實就是輸出帶有按鈕的表單，參考4.1，代碼如下：

import javax.swing.*;
import java.awt.*;

public class ImageUI extends JFrame {
    // 構造方法
    // 創建物件時呼叫
    String[] strs={"原圖","灰度","懷舊","馬賽克","二值化","融合","輪廓"};
    public ImageUI(String title) {
        setTitle(title);
        setSize(1000, 1000);
        setVisible(true);
        setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        //布局
        FlowLayout fl =new FlowLayout();
        setLayout(fl);
        // 監聽器物件
        ImageListener imageL = new ImageListener();
        for (int i = 0; i < strs.length; i++) {
            JButton btn = new JButton(strs[i]);
            btn.setBackground(Color.white);
            btn.addActionListener(imageL);// 所有的按鈕都注冊了監聽器
            add(btn);
    }
    setVisible(true);
    // 獲取畫筆
    Graphics g = this.getGraphics();
    imageL.gr=g;
    }
    public static void main(String[] args) {
        new ImageUI("影像處理編程");
    }

}

4.3.4運行結果

??（1）沒有點擊按鈕時：
在這里插入圖片描述

??（2）點擊按鈕“原圖”時：
在這里插入圖片描述

5.心得體會

??本文到這里就結束了，后面博客會補充更“厲害”的影像處理方法，如PS等，一介java小白，歡迎大家批評指正，

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/qita/293067.html

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