【画像処理解説】ポスタリゼーション（Javaソース付き）

はじめに

画像処理を簡単に解説していきます。
下部にはJavaでのソースコードも載せているのでぜひご参照ください。
不定期にはなりますが、随時更新していく予定です。

ポスタリゼーションとは？

階調変更アルゴリズムであり、色の階調を変更する画像処理です。
一般的な画像は0から255の256階調で成立しています。
これをルックアップテーブル（LUT）を用いて、任意の階調数に変更します。

似たような処理として減色処理があります。
減色処理では、階調を減らすというよりも、画像情報を残しつつ情報量を減らすことが目的となります。
ポスタリゼーションは画像を加工してアートみたいにできるのが特徴ですね。

LUTとは？

画素値変換用の参照テーブルのことです。
ポスタリゼーションの場合、階調数を$t$とするとLUTは以下の式で定義されます

lut(i) = \left[\left[\frac{i\times t}{256}\right]\times\frac{255}{t-1}\right]

階調数が4の時、画素値100は85に、画素値200は255に変換されます。
いろいろ試してみると面白い画像が生まれるかもしれませんね。

アルゴリズム

1. 上記の式を用いてLUTを生成する。
2. 画像をラスタスキャンし、各画素においてLUTによる値変換を行う。

ポスタリゼーションの例

元画像（カラー画像）

結果画像（ポスタリゼーション画像）

ソースコード

Color.java

public static SImage posterization(SImage oriImg, int tone) {
    // 階調数を2から128に制限する
    if (tone < 2)
        tone = 2;
    else if (tone > 128)
        tone = 128;

    // LUTの生成
    int[] lut = new int[256];
    for (int i = 0; i < 256; i++)
        lut[i] = (int) ((int) (i * tone / 256.0) * 255.0 / (tone - 1));

    // ポスタリゼーション画像用を生成
    var posterImg = new SImage(oriImg.width(), oriImg.height(), oriImg.channel);

    // グレースケール画像の場合
    if (oriImg.channel == 1) {
        // 画像をラスタスキャン
        for (int y = 0; y < oriImg.height(); y++)
            for (int x = 0; x < oriImg.width(); x++) {
                // 値を取得
                int v = oriImg.getGray(x, y);

                //LUTで変換した値をを出力画像にセット
                posterImg.setGray(x, y, lut[v]);
            }

        // RGBカラー画像の場合
    } else if (oriImg.channel == 3) {
        // 画像をラスタスキャン
        for (int y = 0; y < oriImg.height(); y++)
            for (int x = 0; x < oriImg.width(); x++) {
                // 値を取得
                int[] rgb = oriImg.getRGB(x, y);

                // LUTを用いて変換
                int[] newRgb = new int[]{lut[rgb[0]], lut[rgb[1]], lut[rgb[2]]};

                //LUTで変換した値をを出力画像にセット
                posterImg.setRGB(x, y, newRgb);
            }

        // アルファチャネルを持つ場合
    } else {
        // 画像をラスタスキャン
        for (int y = 0; y < oriImg.height(); y++)
            for (int x = 0; x < oriImg.width(); x++) {
                // 値を取得
                int[] argb = oriImg.getARGB(x, y);

                // LUTを用いて変換
                int[] newRgb = new int[]{lut[argb[0]], lut[argb[1]], lut[argb[2]], lut[argb[3]]};

                //LUTで変換した値をを出力画像にセット
                posterImg.setARGB(x, y, newRgb);
            }

    }
    return posterImg;
}