C#で画像処理ラプラシアンフィルター

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ラプラシアンフィルター

2008/08/31 （日） 19:25:57

画像上で輝度が急激に変化するところをエッジといいます。エッジを検出することで、輪郭のみの線画像を作ることができます。エッジ検出の手法は、かなりたくさんありますが、その中でも２次微分で緩やかな濃度勾配でも検出できる画像処理方法「ラプラシアンフィルター」をC#プログラムとともに紹介します。

ラプラシアンフィルターのマスクは、次のようなもの使います。
0 1 0
1 -4 1
0 1 0
または
1 1 1
1 -8 1
1 1 1

このような画像は、

フィルタするとこのようになります。

[2009/2/8追記]
お絵かきツールに、ラプラシアンフィルタを入れてみました。
興味ある方はお絵かきの方もぜひ！
えのぐひろば [http://www.enoguhiroba.net/]

C#画像処理プログラムです。

// 画像のエッジ検出
// 3x3ラプラシアンフィルタを使用する。
// 0 1 0
// 1 -4 1
// 0 1 0
// LoadByteImage():bmpファイルを読み込んで配列に格納するメソッド
// SaveByteImage():byte配列をbmpに保存するメソッド
// ImageProcessingForMask():フィルタをかけるメソッド
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Drawing;
using System.Drawing.Imaging;

namespace LaplacianFilter
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 画像読み込み
            byte[,] data = LoadByteImage("test.bmp");

            // フィルタマスク
            const int maskSize = 3;
            double[,] mask = new double[maskSize, maskSize]{
                                {0,1,0},
                                {1,-4,1},
                                {0,1,0}}
                                ;

            // フィルタ処理
            byte[,] filterdata
                = ImageProcessingForMask(data, mask);

            // 画像保存
            SaveByteImage(filterdata, "out.bmp");
        }

        /// <summary>
        /// マスクに応じた画像処理実行
        /// </summary>
        static byte[,] ImageProcessingForMask(byte[,] inputdata,
                                                double[,] mask)
        {
            try
            {
                // 縦横サイズを配列から読み取り
                int xsize = inputdata.GetLength(0);
                int ysize = inputdata.GetLength(1);

                // マスクサイズ読み取り
                int masksize = mask.GetLength(0);

                // 画像処理後の2次元配列
                byte[,] filterdata = new byte[xsize, ysize];

                // 画像処理
                for (int i = 0; i < ysize; i++)
                {
                    for (int j = 0; j < xsize; j++)
                    {
                        double sum = 0;
                        for (int k = -masksize / 2; k <= masksize / 2; k++)
                        {
                            for (int n = -masksize / 2; n <= masksize / 2; n++)
                            {
                                if (j + n >= 0 && j + n < xsize
                                    && i + k >= 0 && i + k < ysize)
                                {
                                    sum += inputdata[j + n, i + k]
                                            * mask[n + masksize / 2,
                                                k + masksize / 2];
                                }
                            }
                        }

                        filterdata[j, i] = ConvertBytetoInt(sum);
                    }
                }
                return filterdata;
            }
            catch
            {
                Console.WriteLine("フィルタ処理が実行できません。");
                return null;
            }
        }

        /// <summary>
        /// double型をbyte型へ変換
        /// </summary>
        static byte ConvertBytetoInt(double num)
        {
            // numが256以上なら255、0未満なら0
            if (num > 255.0)
            {
                return 255;
            }
            else if (num < 0)
            {
                return 0;
            }
            else
            {
                return (byte)num;
            }
        }

        /// <summary>
        /// Bitmapをロードしbyte[,]配列で返す
        /// </summary>
        static byte[,] LoadByteImage(string filename)
        {
            try
            {
                Bitmap bitmap = new Bitmap(filename);
                byte[,] data = new byte[bitmap.Width, bitmap.Height];

                // bitmapクラスの画像ピクセル値を配列に挿入
                for (int i = 0; i < bitmap.Height; i++)
                {
                    for (int j = 0; j < bitmap.Width; j++)
                    {
                        // ここではグレイスケールに変換して格納
                        data[j, i] =
                            (byte)(
                                (bitmap.GetPixel(j, i).R +
                                bitmap.GetPixel(j, i).B +
                                bitmap.GetPixel(j, i).G) / 3
                                );
                    }
                }
                return data;
            }
            catch
            {
                Console.WriteLine("ファイルが読めません。");
                return null;
            }
        }

        /// <summary>
        /// 画像配列をbmpに書き出す
        /// </summary>
        static void SaveByteImage(byte[,] data, string filename)
        {
            try
            {
                // 縦横サイズを配列から読み取り
                int xsize = data.GetLength(0);
                int ysize = data.GetLength(1);

                Bitmap bitmap = new Bitmap(xsize, ysize);

                // bitmapクラスのSetPixelでbitmapオブジェクトに
                // ピクセル値をセット
                for (int i = 0; i < ysize; i++)
                {
                    for (int j = 0; j < xsize; j++)
                    {
                        bitmap.SetPixel(
                            j,
                            i,
                            Color.FromArgb(
                                data[j, i],
                                data[j, i],
                                data[j, i])
                            );
                    }
                }

                // 画像の保存
                bitmap.Save(filename, ImageFormat.Bmp);
            }
            catch
            {
                Console.WriteLine("ファイルが書き込めません。");
            }
        }
    }
}