ImageMagick で RGB 画像をグレースケール変換する方法について公式マニュアルを元に、少しばかり追加して解説します。

グレースケールそのものについては、以下のエントリをご参照下さい。

グレースケール画像のうんちく
- https://qiita.com/yoya/items/96c36b069e74398796f3

公式マニュアルの方法

http://www.imagemagick.org/Usage/color_mods/#grayscale

公式マニュアルで紹介されている、-colorspace, -grayscale, -modulate, -fx, -compose, -evaluate, -evaluate-sequence, -color-mat(旧 -recolor ) について、一通り並べます。

サンプル画像

公式マニュアルのサンプル画像をそのまま使います。

test.png

-colorspace Gray

公式のお勧め (The best method) は -colorspace Gray です。(gray でも同じ。大文字小文字を区別せず)
色空間をグレースケールに変更する命令です。

https://www.imagemagick.org/Usage/color_basics/#colorspace

%  magick test.png -colorspace Gray gray_colorspace.png

test.png	gray_colorspace.png

-grayscale

RGB を1つの輝度値にまとめる方法は色々とあって、-grayscale オプションはそれを指示します。
-list Intensity で一覧が出せます。

% magick -list Intensity
Average
Brightness
Lightness
Mean
MS
Rec601Luma
Rec601Luminance
Rec709Luma
Rec709Luminance
RMS

なお、冒頭で紹介した -colorspace Gray は -grayscale Rec709Luma 相当です。

% magick test.png  -grayscale rec709luma gray_grayscale.png

gray_grayscale.png

全ての Intensity で処理して montage で並べてみます。

% for i in `magick -list intensity` ;  \
    do magick ../test.png -grayscale $i  $i.png ; \
    done
 % magick montage  -background lightgray \
        -label %f *.png gray-intensity.png

gray-intensity.png

-modulate

-modulate は HSL 色空間の明るさ、彩度、色相に手を加えるオプションです。

https://www.imagemagick.org/Usage/color_mods/#modulate

2番目のパラメータが彩度で、0 にするとグレースケール化します。

% magick test.png -modulate 100,0 gray_modulate.png

gray_modulate.png

-define modulate:colorspace を使うと HSL 以外でも modulete 操作が可能です。

% for cs in HCL HCLp HSB HSI HSL HSV ;  \
    do magick ../test.png -define modulate:colorspace=$cs  \
            -modulate 100,0  $cs.png ; done
 % magick montage  -background lightgray \
        -label %f *.png gray-colorspace.png

gray-colorspace.png

-fx

任意の計算ができる -fx は、既存の機能で満足できるものがない時に便利です。

% magick test.png -fx '(r+g+b)/3' gray_fx_average.png
% magick gray_fx_average.png -alpha off alpha-off.png

透明度データも作られる為、分かりやすいよう alpha off した画像もつけます。

gray_fx_average.png	alpha-off

intensity (色の強さ)のキーワードを直接指定できます。

% magick test.png  -fx intensity  gray_intensity.png
% magick gray_intensity.png -alpha off alpha-off.png

gray_intensity.png	alpha-off.png

-separate & -compose

R,G,B チャネルを３つのグレースケールとして分解したあと、それらを合成します。

% magick test.png -separate \
          -background black -compose plus -flatten   gray_added.png

この例だと plus で合成するので、真っ白になります。

-evaluate multiply

-evaluate を使って各チャネルに乗算するする方法です。

% magick test.png -channel R -evaluate multiply .2 \
                   -channel G -evaluate multiply .5 \
                   -channel B -evaluate multiply .3 \
                   +channel -separate -compose add -flatten gray_253.png

gray_253.png

6系ではこれで良かったのですが、7系では alpha が合成でまざってしまい画像が崩れます。
これは実装の不具合ではなく、6 は RGB と A を区別してたのを 7 でやめたので、その一貫した挙動の一つだと思われます。
とはいえマニュアル的にまずいので公式の issue で指摘しておきました。

Grayscale by FX DIY Evaluate Operator no longer works as documented with ImageMagick 7. #5389
- https://github.com/ImageMagick/ImageMagick/issues/5389

ImageMagick 7 では、以下の方法が提案されました。(マニュアルも書き変わってます)

% magick test.png -channel R -evaluate multiply .2 +channel \
                   -channel G -evaluate multiply .5 +channel \
                   -channel B -evaluate multiply .3 +channel \
                   -channel RGB -separate -compose add -flatten gray_253.png

+channel は念の為です。処理が終わったら戻すお行儀の良さ。
アルファデータが全部 0xff に変化しますが、元からそうです。(マニュアルの注意書きに追加されました)

-evaluate-sequence mean

% magick test.png -separate -evaluate-sequence mean  gray_average.png

gray_average.png

こっちはうまく変換できます。

-color-matrix (旧 -recolor)

公式マニュアルは古い記述のままで -recolor は今は -color-matrix に改名されてます。

% magick test.png -recolor '.2 .5 .3
                            .2 .5 .3
                            .2 .5 .3'   gray_recolor.png
magick: option has been replaced '-recolor', use "-color-matrix" at CLI arg 2 @ warning/operation.c/CLISimpleOperatorImage/3187.
magick: unrecognized option `-recolor' at CLI arg 2 @ error/operation.c/CLISimpleOperatorImage/3285.

エラーが出ました。
気を取り直して、-color-matrix で実行。

% magick test.png -color-matrix '.2 .5 .3
                                 .2 .5 .3
                                 .2 .5 .3'   gray_colmat.png

gray_colmat.png

マニュアル以外の方法

-type

type はファイルを入力する時、または出力する時に画像をどう扱うかを指定するフラグです。

https://www.imagemagick.org/Usage/basics/#type

この -type でグレースケール形式を指定する事により、グレースケールでない画像をグレースケール化して最終出力します。

-type Grayscale

 magick test.png  -type GrayScaleAlpha  gray_type.png

gray_type.png

-type GrayScaleAlpha

透明度を残したい場合は、こちらをどうぞ。

 magick test.png  -type GrayScaleAlpha  gray_typealpha.png

gray_typealpha.png

-colorspace

冒頭で -colorspace gray を紹介しました。その gray 以外での方法です。
ちなみに、-modulate 100, 0 とやってる事はほぼ同じです。
ただし、こっちは ImageMagick が対応する任意の色空間を使えます。-modulate の対応空間はそのうち半分程度なので。

-colorspace OHTA

% magick test.png -colorspace OHTA -channel Red -separate +channel gray_OHTA.png

gray_OHTA.png

-colorspace HSI

% magick test.png -colorspace HSI -channel Blue -separate +channel gray_HSI.png

gray_HSI.png

-channel G

RGB のうち RB に比べて G の輝度が圧倒的に高いので、G だけ取り出してグレースケールとしても、そこそこ良い結果になります。

% magick test.png -separate -delete 0,2,3  gray_G.png

gray_G.png

あと、特殊用途でうが、輝度の極端に小さい B だけ残すと、見えなかったノイズが強調できる事もあるので、これはこれで有用です。モニタテスト等で。

% magick test.png -separate -delete 0,1,3  gray_B.png

gray_B.png

-hald-clut

CLUT (Color LookUp Table) と -hald-clut オプションを使って変換する方法があります。
なお、擬似カラーを作るのに便利な -clut オプションの方は R,G,B を各々独立して変換する方式なので、グレースケール化には使えません。

% magick HALD:8 -colorspace Gray hald8gray.png
% magick test.png hald8gray.png -hald-clut gray_hald-clut.png

慣れてないと分かりにくいのですが。-hald-clut の後でなく前に CLUT画像ファイルを置きます。

hald8gray.png	gray_hald-clut.png

これの利点は、単純なグレースケール変換であれば、任意の処理に対応する CLUT を指定するだけで、その処理を再現できる事です。

例えば、以下のサイトのように、処理系毎の CLUT ファイルを用意すれば、

% wget https://raw.githubusercontent.com/SzieberthAdam/cvd-palette/master/haldclut/gray/gray.skimage.png
% magick test.png gray.skimage.png -hald-clut gray_ski.png

gray_ski.png

このようにして、SKImage のグレースケールを再現する事ができます。(なお、これらの CLUT ファイルが正しいかの検証はしてません。ご利用は自己責任で)

参考