JPEG画像にフィルタをかけてみる

■前回記事からの続き

JPEG画像の入出力について記事を書きました。
mame-mame.hatenadiary.com

今回のテーマは、

読み込んだJPEG画像に適当なフィルタをあてて出力

です。
C++らしくクラスを微妙に使ってみます。

前回記事では、
①JPEG画像を取り扱うためのライブラリの取得
②JPEG画像を取得して画素値を抽出する方法
③JPEG画像を新たに保存する方法
とすれば、
画像に何らかのフィルタをかけたい、というのであれば。
①⇒②⇒「画素値にフィルタをかける」⇒③とやれば良い、と言いました。
今回は「画素値にフィルタをかける」を別関数で定義しました。

■フィルタ処理実装

今回もmain関数の所をペタッとまず貼ってしまいます。
ほとんど「JPEG入出力」の記事から変えていません。

#include <stdio.h>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include "jpeglib.h"
#include "Filter.h"

#define	RET_TRUE	0
#define	RET_FALSE	-1

//JPG画像を読み込み＆書き込み処理する関数を実行する
int main(int argc, char* argv[]) {

	//エラー用変数
	errno_t error;

	//入力変数を格納
	char *inFileName = argv[1];		//入力ファイル名
	char *outFileName = argv[2];	//出力ファイル名
	int type = atoi(argv[3]);		//フィルタタイプ

	//------JPEG読み込み------//

	//  (1)画像データを扱う構造体を確保
	struct jpeg_decompress_struct inInfo;	//画像データ構造体を定義
	jpeg_create_decompress(&inInfo);		//構造体初期化処理
	struct jpeg_error_mgr jErr;				//エラー情報構造体を定義
	inInfo.err = jpeg_std_error(&jErr);		//デフォルト値で設定

	//  (2)JPEGファイルをオープン
	FILE *inFile;
	error = fopen_s(&inFile, inFileName, "rb");		//ファイル読み込み
	if (error != 0) {
		return RET_FALSE;
	}
	jpeg_stdio_src(&inInfo, inFile);		//ファイルポインタとinInfoを渡す

	//  (3)ヘッダ読み込み
	if (jpeg_read_header(&inInfo, TRUE) != JPEG_HEADER_OK) {
		return RET_FALSE;
	}
	int width = inInfo.image_width;		//幅
	int height = inInfo.image_height;	//高さ
	int ch = inInfo.num_components;		//チャネル数

	//  (4)展開処理を開始
	jpeg_start_decompress(&inInfo);
	if (inInfo.out_color_space != JCS_RGB) {	//sRGB以外を受け付けない
		return RET_FALSE;
	}

	//  (5)画素値を取得
	unsigned char *inFileData = (unsigned char*)calloc(sizeof(unsigned char) * width * height * ch, 1);	//3ch分の画素値配列を確保する
	unsigned char *outFileData = (unsigned char*)calloc(sizeof(unsigned char) * width * height * ch, 1);	//3ch分の画素値配列を確保する
	JSAMPROW tmpR = NULL;	//1行分のメモリ
	if ((tmpR = (JSAMPROW)calloc(sizeof(JSAMPLE) * width * ch, 1) )== NULL) {
		return RET_FALSE;
	}
	JSAMPROW assign;
	for (int h = 0; h < height; h++) {
		jpeg_read_scanlines(&inInfo, &tmpR, 1);		//1行分の画素値を代入
		assign = tmpR;
		for (int w = 0; w < width; w++) {
			for (int c = 0; c < ch; c++) {
				inFileData[(h * width + w)* ch + c] = *assign++;	//確保した配列に1行ずつ代入していく
			}
		}
	}

	//  (6)構造体の破棄、メモリ解放
	jpeg_finish_decompress(&inInfo);	//展開処理を終了
	jpeg_destroy_decompress(&inInfo);	//JPEG構造体の破棄
	free(tmpR);
	fclose(inFile);


	//------フィルタ関数実行------//

	//インスタンス生成
	Filter filter(inFileData, outFileData, width, height, ch);
	filter.FilteringImage(type);

	//------JPEG書き込み------//

	//  (1)画像データを扱う構造体を確保	
	struct jpeg_compress_struct outInfo;	//画像データ構造体を定義
	jpeg_create_compress(&outInfo);			//構造体初期化処理
	outInfo.err = jpeg_std_error(&jErr);	//デフォルト値で設定

	//  (2)JPEGファイルをオープン
	FILE *outFile;
	error = fopen_s(&outFile, outFileName, "wb");	//ファイル生成
	if (error != 0) {
		return RET_FALSE;
	}
	jpeg_stdio_dest(&outInfo, outFile);		//ファイルポインタとoutInfoを渡す

	//  (3)ヘッダ書き込み
	outInfo.image_width = width;		//幅
	outInfo.image_height = height;		//高さ
	outInfo.input_components = ch;		//チャネル数
	outInfo.in_color_space = JCS_RGB;	//色空間
	jpeg_set_defaults(&outInfo);		//その他のパラメータ設定

	//  (4)展開処理を開始
	jpeg_start_compress(&outInfo, TRUE);

	//  (5)画素値を書き込み
	JSAMPARRAY tmpO = (JSAMPARRAY)malloc(sizeof(JSAMPROW) * height);	//1画像分のメモリ
	for (int h = 0; h < height; h++) {
		if ((tmpO[h] = (JSAMPROW)calloc(sizeof(JSAMPLE), width * ch)) == NULL) {
			return RET_FALSE;
		}
	}

	for (int h = 0; h < height; h++) {
		for (int w = 0; w < width; w++) {
			for (int c = 0; c < ch; c++) {
				//画素値を変調(XXX足して255を超えるようなら255にクリップする
				//unsigned char s = 100;
				//unsigned char t = (inFileData[(h * width + w)* ch + c]);
				//if ((int)(s)+(int)(t) > 255) {
				//	t = 255;
				//}
				//else {
				//	t = (unsigned char)((int)(s)+(int)(t));
				//}
				unsigned t = outFileData[(h * width + w) * ch + c];
				tmpO[h][w * ch + c] = t;
			}
		}
	}
	jpeg_write_scanlines(&outInfo, tmpO, height);	//書き込み

	//  (6)構造体の破棄、メモリ解放
	jpeg_finish_compress(&outInfo);		//展開処理を終了
	jpeg_destroy_compress(&outInfo);	//JPEG構造体の破棄
	fclose(outFile);
	free(tmpO);

	free(inFileData);
	free(outFileData);

	return RET_TRUE;
}

今回、変えているのはargv[3]、outFileDataの定義部、
そしてインスタンス生成してメソッドを呼ぶ所、

	//------フィルタ関数実行------//

	//インスタンス生成
	Filter filter(inFileData, outFileData, width, height, ch);
	filter.FilteringImage(type);

それと、JPEG画像生成時に画素値代入する値を変えています。

	for (int h = 0; h < height; h++) {
		for (int w = 0; w < width; w++) {
			for (int c = 0; c < ch; c++) {
				//画素値を変調(XXX足して255を超えるようなら255にクリップする
				//unsigned char s = 100;
				//unsigned char t = (inFileData[(h * width + w)* ch + c]);
				//if ((int)(s)+(int)(t) > 255) {
				//	t = 255;
				//}
				//else {
				//	t = (unsigned char)((int)(s)+(int)(t));
				//}
				unsigned t = outFileData[(h * width + w) * ch + c];
				tmpO[h][w * ch + c] = t;
			}
		}
	}
	jpeg_write_scanlines(&outInfo, tmpO, height);	//書き込み

コメントアウトされている箇所が、前回記事で書いていた内容です。
つまり今回は、outFileDataに画素値を入れるメソッドを呼び、その結果を新しく作成するJPEG画像領域に格納にしています。

では、メソッドでは何をしているか、
Filter.hから紹介します。

#pragma once

#include <stdio.h>
#define	RET_TRUE	0
#define	RET_FALSE	-1

class Filter {
private:
	unsigned char* inFile;
	unsigned char* outFile;
	int width, height, ch, type;
public:
	//コンストラクタ
	Filter(unsigned char* inFile, unsigned char* outFile, int width, int height, int ch);

	//フィルタ実行
	int FilteringImage(int type);

	//デストラクタ
	~Filter();
};

次に、Filter.cpp。

#include "Filter.h"

enum {
	LeftTop,
	CenterTop,
	RightTop,
	LeftMiddle,
	CenterMiddle,
	RightMiddle,
	LeftBottom,
	CenterBottom,
	RightBottom,
};

Filter::Filter(unsigned char* inFile, unsigned char* outFile, int width, int height, int ch) {
	this->inFile = inFile;
	this->outFile = outFile;
	this->width = width;
	this->height = height;
	this->ch = ch;
}

int Filter::FilteringImage(int type) {

	if (type < 0 && type > 2) {
		return RET_FALSE;
	}

	int gyoretsu[3][9] = {{1, 0, -1,		//縦方向ソーベルフィルタ
							2, 0, -2,
							1, 0, -1},
						  { 1, 2, 1,			//横方向ソーベルフィルタ
							0, 0, 0,
							-1, -2, -1},
						  { 0, -1, 0,			//シャープネスフィルタ
							-1, 5, -1,
							0, -1, 0} };

	for (int h = 0; h < height; h++) {
		for (int w = 0; w < width; w++) {
			for (int c = 0; c < ch; c++) {
				if ((w < 1) || (w > width - 2) || (h < 1) || (h > height -2)) {		//wは横端またはhが縦端であるときは何もしない
					outFile[(h * width + w) * ch + c] = inFile[(h * width + w) * ch + c];
				}
				else {
					int tmp =
						(int)inFile[((h - 1) * width + (w - 1)) * ch + c] * gyoretsu[type][LeftTop] +
						(int)inFile[((h - 1) * width + (w - 0)) * ch + c] * gyoretsu[type][CenterTop] +
						(int)inFile[((h - 1) * width + (w + 1)) * ch + c] * gyoretsu[type][RightTop] +
						(int)inFile[((h - 0) * width + (w - 1)) * ch + c] * gyoretsu[type][LeftMiddle] +
						(int)inFile[((h - 0) * width + (w - 0)) * ch + c] * gyoretsu[type][CenterMiddle] +
						(int)inFile[((h - 0) * width + (w + 1)) * ch + c] * gyoretsu[type][RightMiddle] +
						(int)inFile[((h + 1) * width + (w - 1)) * ch + c] * gyoretsu[type][LeftBottom] +
						(int)inFile[((h + 1) * width + (w - 0)) * ch + c] * gyoretsu[type][CenterBottom] +
						(int)inFile[((h + 1) * width + (w + 1)) * ch + c] * gyoretsu[type][RightBottom];		//フィルタ処理
					if (tmp > 255) tmp = 255;
					else if (tmp < 0) tmp = 0;
					outFile[(h * width + w) * ch + c] = (unsigned char)tmp;
				}
			}
		}
	}

	return RET_TRUE;
}

Filter::~Filter() {
}

■要点

今回は、FilteringImageメソッドの中で示されている通り、
3種類のフィルタを上位からの指示に従って適用しています。
0：縦方向のソーベルフィルタ
1：横方向のソーベルフィルタ
2：シャープネスフィルタ
呼び分けはコーリング側の引数に与えています（argv[3])。
実行結果は以下のようになります。