图像处理方法java（一）

图像处理方法java（一）
- 1.引言
- 2.基本原理
- - 2.1图像的基本原理
  - 2.2图像数据的处理
  - 2.3位运算
- 3.图片读写与滤镜效果
- - 3.1图片读写
  - 3.2滤镜效果
  - - 3.2.1原图输出
    - 3.2.2马赛克
    - 3.2.3灰度
    - 3.2.4滤镜颜色
    - 3.2.5轮廓
- 4.交互式处理
- - 4.1带按钮的窗体
  - 4.2动作监听器
  - 4.3综合起来
  - - 4.3.1创建ImageUtils类
    - 4.3.2创建ImageListener类
    - 4.3.3创建ImageUI类
    - 4.3.4运行结果
- 5.心得体会

1.引言

初学java，想做一个简易的美颜相机，对图像处理的一些方法进行了相应的学习。主要包括图像的原理、图像的数据处理、位运算、滤镜效果、图片读写等。

2.基本原理

2.1图像的基本原理

每一张图像，其实都是由一个个的带有颜色的点组成的矩阵，也就是我们常说的像素点矩阵，同时横纵坐标像素点的个数乘积就是图像的分辨率。
每一个像素点的颜色，都是有相应的编号的，一般的存储格式是RGB和ARGB格式。RGB格式：RGB其实就是三原色，Red、Green、Blue，每一种原色的编号范围是0-255，也就是存储在一个字节（8位2进制）中。Red从0到255颜色会越来越“红”，红的程度会加深。
举个例子来说，对于RGB: 123, 200,13 来说，这个颜色是由Red123，Green200，Blue13这三种颜色合成的。
所以我们很容易知道，RGB是占三个字节，可以存储在整型变量（四个字节）中，并且存储在低24位，那么就会出现高8位没有使用的情况。ARGB格式就是把高8位也利用起来，用来存其他的信息例如照片拍摄日期等等。

2.2图像数据的处理

初始化生成一个窗体，然后通过随机数随机生成一张RGB格式的图片。通过位移运算计算RGB格式里red、green、blue的值（位移运算在2.3会讲解）。对于滤镜等操作，就可以通过调节red、green、blue的值来实现，比如说red=red/2，就能实现图片红色降度，也就是照片的红色不会太鲜艳。
我们常常也会听说灰度图片，就是照片会变成灰色，这种照片的每一个像素点的RGB值均满足red=green=blue，我们可以调整三原色的占比来确定灰阶（详见代码）。
二维码：有了灰阶，也就是对每一个像素值都有唯一标准了。我们可以确定一个分界值a，当算出的灰度值大于a，就用白色来表示；若小于a，就用黑色来表示，并且使用fiilRect方法的时候，把像素点的宽和高调大一点，我们就可以得到这张图片的二维码了，也就是说，这个二维码储存了我这张图片的数据。

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.util.Random;import javax.swing.JFrame;
public class ImageUI extends JFrame {//初始化一个窗体public void initUI(){setTitle("图像编程");setSize(1000,1000);setVisible(true);setDefaultCloseOperation(EXIT_ON_CLOSE);}/** 窗体出现在屏幕上时调用* 绘制窗体本身* 在窗体上绘制像素点* @param g :图形对象 可以来绘制图形* Graphics 图形* 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];// 随机创建颜色矩阵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// 有了灰阶 一张照片所有的像素值都具有同样的标准了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);}}}// 启动程序public static void main(String[] args) {ImageUI img = new ImageUI();img.initUI();}
}

运行图片

2.3位运算

这里主要讲如何通过存储RGB的整型int得到red、green、blue的值；以及red、green、blue如何合成为一个int。
我们了解了RGB的存储原理，很容易知道：17-24位存red，9-16位存green，1-8位存blue，用除法和减法可以提取出red、green、blue，但是这样运算速度会慢一些，可以用位移运算，运算速度会快一些。
假设RGB的值存储在int value中，通过位移运算有：
int red =(value>>16)&0xFF;
int green =(value>>8)&0xFF;
int blue =(value>>0)&0xFF;
为什么要位移之后与0xFF求与运算呢？ 仔细分析后，我们知道，与0xFF做与运算后，可以将除低8位以外的所有位的数字变为0。
所以我们以此类推，我们发现把red、green、blue合成一个RGB时，可以通过位移加上或运算来实现：
int rgb= (red<<16)|(green<<8)|blue;

3.图片读写与滤镜效果

3.1图片读写

图片的输入，我写了一个输入图片的方法，加上想要读取的图片路径，路径是相对路径和绝对路径都可以，我的图片和代码是放在一个文件夹里的，所以用的相对路径。
使用ImageIO.read（）方法的时候，需要创建BufferedImage类的对象

    int[][] imgarr = getImagePixArr("picture4.jpeg");//这里imgarr是创建的二维数组，用来存储图片的像素点矩阵。public int[][] getImagePixArr(String path){// 声明一个文件对象File file = new File(path);BufferedImage buffimg=null;try {// 处理文件IO异常// 读取为 buffimg 对象buffimg = ImageIO.read(file);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 宽 高 图片类型 ARGBint w = buffimg.getWidth();int h = buffimg.getHeight();// 根据 图片对象的宽 高 生成一个二维数组 -- 线性结构int[][] imgarr = new int[w][h];// 遍历存储像素值for (int i = 0; i < w; i++) {for (int j = 0; j < h; j++) {imgarr[i][j]= buffimg.getRGB(i,j);}}return imgarr;}

图片输出的话也是一样，也需要创建BufferedImage类的对象，代码如下：

public void outImagePixArr(int[][] imgarr ,String path){// 声明一个文件对象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 {// 处理文件IO异常// 读取为 buffimg 对象ImageIO.write(buffimg, "PNG", file);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();//return;}}

3.2滤镜效果

3.2.1原图输出

    // 原图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马赛克

马赛克就是模糊处理，把一个像素点的长宽变大即可。

// 马赛克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

在前面已经讲过，灰度图片的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滤镜颜色

这个滤镜是我自己调的，可能不是很好看，red变为原来的0.8，green变成原来的0.5，blue变成原来的0.6。

//滤镜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轮廓

//轮廓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);}}

运行图片

4.交互式处理

4.1带按钮的窗体

创建一个UI类，可以生成带按钮的窗体。那个布局方法是自动把按钮布局。

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import javax.swing.JFrame;
public class UI extends JFrame{// 构造方法// 创建对象时调用String[] strs={"原图","灰度","怀旧","马赛克","二值化","融合","轮廓"};public void initUI() {setTitle("图像窗体");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();}
}

运行结果

但是我们在窗体上点击按钮，是没有反应的，于是我们需要一个Listener类，也就是监听器，来监听按钮是否被点击，如果被点击就会进行相应操作。

4.2动作监听器

ActionListener——动作监听器，作用是监听按钮是否被点击了，如果被点击了就调用一个预设好的方法（方法的内容需要自己来写）。实现接口interface时，用implements关键字，可以变相实现多继承。

import java.awt.event.ActionListener;
// 1:首先创建一个类 使用 implements ActionListener
public class ImageListener implements ActionListener{// 2:重写ActionListener 中的方法public void actionPerformed(ActionEvent e){// 3: 点什么按钮就绘制什么图像System.out.println("点击了按钮 ");}
}

运行结果：点一下按钮就会输出“点击了按钮 ”

4.3综合起来

前文讲了很多细节的处理以及方法，现在我们就可以创建一个窗体，一个有按钮的窗体，点击按钮能得到相应“滤镜”的图片，不再是4.1那样没有反应的按钮；也不再是4.2只输出一句话，我们重写方法后，可以把图片输出在窗体上。

4.3.1创建ImageUtils类

创建这个工具类目的有两个：第一，读取某个路径下的图片，把他存在我们的像素点矩阵imgarr（二维数组）中，这个我在3.1中有介绍；第二，就是能把处理后的像素点矩阵“画出来”，也就是图片。

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){// 声明一个文件对象File file = new File(path);BufferedImage buffimg=null;try {// 处理文件IO异常// 读取为 buffimg 对象buffimg = ImageIO.read(file);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}// 宽 高 图片类型 ARGBint w = buffimg.getWidth();int h = buffimg.getHeight();// 根据 图片对象的宽 高 生成一个二维数组 -- 线性结构int[][] imgarr = new int[w][h];// 遍历存储像素值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创建ImageListener类

创建这个动作监听器类，作用是监听按钮是否被点击了，如果点击了就调用相应的方法。我们在4.2中重写了方法，点击就会输出“点击了按钮 ”；现在，我们再次重写方法，点击相应的按钮，就输出对应按钮的图片。（这里我只重写了输出原图的方法，输出其他“滤镜”图片的方法只需要把3.2中的代码粘贴修改即可）

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;{   // 初始化的代码块 创建对象时执行imgarr = imageUtils.getImagePixArr("picture4.jpeg");}// 2:重写ActionListener 中的方法public void actionPerformed(ActionEvent e){// 3: 点什么按钮就绘制什么图像// 如何区分 按钮//获取按钮的字符串String btnstr = e.getActionCommand();//System.out.println("点击了 按钮 "+btnstr);if(btnstr.equals("原图")){// 绘制原图// gr.drawString(btnstr,200,200);imageUtils.drawImage0(imgarr,gr);}}
}

4.3.3创建ImageUI类

创建这个类，其实就是输出带有按钮的窗体，参考4.1，代码如下：

import javax.swing.*;
import java.awt.*;public class ImageUI extends JFrame {// 构造方法// 创建对象时调用String[] strs={"原图","灰度","怀旧","马赛克","二值化","融合","轮廓"};public ImageUI(String title) {setTitle(title);setSize(1000, 1000);setVisible(true);setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);//布局FlowLayout fl =new FlowLayout();setLayout(fl);// 监听器对象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);// 所有的按钮都注册了监听器add(btn);}setVisible(true);// 获取画笔Graphics g = this.getGraphics();imageL.gr=g;}public static void main(String[] args) {new ImageUI("图像处理编程");}}

4.3.4运行结果

（1）没有点击按钮时：

（2）点击按钮“原图”时：

5.心得体会

本文到这里就结束了，后面博客会补充更“厉害”的图像处理方法，如PS等。一介java小白，欢迎大家批评指正。

Java图像处理（后面会补充PS啥的）相关推荐

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