《Java数字图像处理：编程技巧与应用实践》——2.3　基于BufferedImageOp的图像滤镜演示

本节书摘来自华章计算机《Java数字图像处理：编程技巧与应用实践》一书中的第2章，第2.3节，作者 贾志刚，更多章节内容可以访问云栖社区“华章计算机”公众号查看。

2.3　基于BufferedImageOp的图像滤镜演示

通过前面两节的学习，我们已经大致了解BufferedImageOp接口及其实现类的功能。实践出真知，本节将演示BufferedImageOp接口中每个实现类的实际使用场景，达到知行合一、学以致用的目的，帮助大家解决项目中遇到的实际问题。为了让大家对应用效果有更加深刻的印象，下面会使用BufferedImageOp的实现类来实现如下几个滤镜特效功能。

• 黑白滤镜：将彩色图像自动转换为黑白两色图像。
• 灰度滤镜：将彩色图像自动转换为灰度图像。
• 模糊滤镜：使图像产生模糊效果。
• 放缩滤镜：使图像放大或缩小。

1 . UI实现部分

在介绍基于Swing的UI实现时，关于Swing UI部分的编程知识将在下一章中详细剖析与解释，本节的重点放在滤镜实现部分，大致的UI布局如图2-3所示。

2.滤镜部分的实现

（1）ColorConvertOp实现灰度功能

ColorConvertOp主要用于实现各种色彩空间的转换，从而达到转换BufferedImage对象类型的目的，也可以在实例化ColorConvertOp对象时指定色彩空间。当前支持的色彩空间有五种，实现灰度功能时，只需在实例化ColorConvertOp时指定色彩空间为ColorSpace.CS_GRAY，然后调用它的filter方法得到返回图像即可。灰度化的源代码如下：

public BufferedImage doColorGray(BufferedImage bi)
{
    ColorConvertOp filterObj = new ColorConvertOp(
    ColorSpace.getInstance(ColorSpace.CS_GRAY), null);
    return filterObj.filter(bi, null);
}

（2）LookupOp 实现黑白功能

LookupOp在实例化时需要传入LookupTable实例，当前LookupTable接口的两个实现类分别为ByteLookupTable与ShortLookupTable。类关系图2-4可以很好地说明它们之间的关系。

运用LookupOp实现彩色图像变成黑白单色图像的功能时，首先要将图像灰度化，然后针对灰度图像在LookupTable中根据像素值进行索引查找，以便设置新的像素值，从而得到黑白单色图像，代码如下：

public BufferedImage doBinaryImage(BufferedImage bi)
{
    bi = doColorGray(bi);
    byte[] threshold = new byte[256];
    for (int i = 0; i < 256; i++)
    {
        threshold[i] = (i < 128) ? (byte)0 : (byte)255;
    }
    BufferedImageOp thresholdOp =
    new LookupOp(new ByteLookupTable(0, threshold), null);
    return thresholdOp.filter(bi, null);
}

（3）ConvolveOp 实现模糊功能

ConvolveOp是实现模板卷积功能操作的类，通过简单设置卷积核/卷积模板就可以实现图像模糊功能，实现代码如下：

float ninth = 1.0f / 9.0f;
float[] blurKernel = {
        ninth, ninth, ninth,
        ninth, ninth, ninth,
        ninth, ninth, ninth
    };
BufferedImageOp blurFilter = 
        new ConvolveOp(new Kernel(3, 3, blurKernel));
return blurFilter.filter(bi, null);

但是当你想对大多数JPG格式图片的BufferedImage对象实现模糊功能时，很多情况下Java会抛出如下错误消息：

unable to convolve src image

原因在于JDK读入JPG格式图像时，多数情况下使用了TYPE_3BYTE_BGR存储方式，而BufferedImageOp实现的滤镜不支持操作该存储方式的BufferedImage对象，这样就导致了上面的错误。解决之道很简单，就是通过ColorConvertOp把图像从类型TYPE_3BYTE_BGR转换为TYPE_INT_RGB的BufferedImage对象。所以模糊功能的完整源代码如下：

public BufferedImage doBlur(BufferedImage bi)
{
    // fix issue - unable to convolve src image
    if (bi.getType()==BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR)
    {
        bi=convertType(bi, 
            BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
        }
        
    float ninth = 1.0f / 9.0f;
    float[] blurKernel = {
            ninth, ninth, ninth,
            ninth, ninth, ninth,
            ninth, ninth, ninth
        };
    BufferedImageOp blurFilter = 
        new ConvolveOp(new Kernel(3, 3, blurKernel));
    return blurFilter.filter(bi, null);
}

convertType方法的代码如下：

ColorConvertOp cco=new ColorConvertOp(null);
BufferedImage dest=new BufferedImage(
    src.getWidth(), src.getHeight(), type);
cco.filter(src, dest);
return dest;

（4）AffineTransformOp实现图像zoom in/out的功能

AffineTransformOp支持的操作包括图像的错切、旋转、放缩、平移。要实现图像的放缩功能，首先要通过AffineTransform.getScaleInstance来获取Scale实例，然后作为参数初始化AffineTransformOp对象实例，最后调用filter方法即可。实现图像放缩功能的代码如下：

public BufferedImage doScale(BufferedImage bi, 
                        double sx, double sy)
{
    AffineTransformOp atfFilter = new AffineTransformOp(
        AffineTransform.getScaleInstance(sx, sy),    
        AffineTransformOp.TYPE_BILINEAR);
    //计算放缩后图像的宽与高
    int nw = (int)(bi.getWidth() * sx);
    int nh = (int)(bi.getHeight() * sy);
    BufferedImage result = new BufferedImage(
        nw, nh, BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR);
    //实现图像放缩
    atfFilter.filter(bi, result);
    return result;
}

需要传入的三个参数包括：bi是BufferedImage对象实例，代表要放缩的图像；sx表示在X方向的放缩比率；sy表示在Y方向的放缩比率。

完整的UI部分代码如下：

package com.book.chapter.two;

import java.awt.BorderLayout;
import java.awt.Dimension;
import java.awt.FlowLayout;
import java.awt.event.ActionEvent;
import java.awt.event.ActionListener;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;

import javax.imageio.ImageIO;
import javax.swing.JButton;
import javax.swing.JFileChooser;
import javax.swing.JFrame;
import javax.swing.JOptionPane;
import javax.swing.JPanel;

public class MyFilterUI extends JFrame 
        implements ActionListener {

    /**
    * 
    */
    private static final long serialVersionUID = 1L;
    public static final String GRAY_CMD = "灰度";
    public static final String BINARY_CMD = "黑白";
    public static final String BLUR_CMD = "模糊";
    public static final String ZOOM_CMD = "放缩";
    public static final String BROWSER_CMD = "选择...";

    private JButton grayBtn;
    private JButton binaryBtn;
    private JButton blurBtn;
    private JButton zoomBtn;
    private JButton browserBtn;
    private MyFilters filters;

    // image
    private BufferedImage srcImage;

    public MyFilterUI()
    {
        this.setTitle("JAVA 2D BufferedImageOp - 滤镜演示");
        grayBtn = new JButton(GRAY_CMD);
        binaryBtn = new JButton(BINARY_CMD);
        blurBtn = new JButton(BLUR_CMD);
        zoomBtn = new JButton(ZOOM_CMD);
        browserBtn = new JButton(BROWSER_CMD);

        // buttons
        JPanel btnPanel = new JPanel();
        btnPanel.setLayout(new
             FlowLayout(FlowLayout.RIGHT));
        btnPanel.add(grayBtn);
        btnPanel.add(binaryBtn);
        btnPanel.add(blurBtn);
        btnPanel.add(zoomBtn);
        btnPanel.add(browserBtn);

        // filters
        filters = new MyFilters();

        getContentPane().setLayout(new BorderLayout());
        getContentPane().add(filters, BorderLayout.CENTER);
        getContentPane().add(btnPanel, BorderLayout.SOUTH);

        // setup listener
        setupActionListener();

    }
    private void setupActionListener() {
        grayBtn.addActionListener(this);
        binaryBtn.addActionListener(this);
        blurBtn.addActionListener(this);
        zoomBtn.addActionListener(this);
        browserBtn.addActionListener(this);
    }

    @Override
    public void actionPerformed(ActionEvent e) {
        if(srcImage == null)
        {
            JOptionPane.showMessageDialog(this, 
                        "请先选择图像源文件");
            try {
                JFileChooser chooser = new JFileChooser();
                chooser.showOpenDialog(null);
                File f = chooser.getSelectedFile();
                srcImage = ImageIO.read(f);
                filters.setImage(srcImage);
                filters.repaint();
            } catch (IOException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }
            return;
        }
        if(GRAY_CMD.equals(e.getActionCommand()))
        {
            filters.doColorGray(srcImage);
            filters.repaint();
        }
        else if(BINARY_CMD.equals(e.getActionCommand()))
        {
            filters.doBinaryImage(srcImage);
            filters.repaint();
        }
        else if(BLUR_CMD.equals(e.getActionCommand()))
        {
            filters.doBlur(srcImage);
            filters.repaint();
        }
        else if(ZOOM_CMD.equals(e.getActionCommand()))
        {
            filters.doScale(srcImage, 1.5, 1.5);
            filters.repaint();
        }
        else if(BROWSER_CMD.equals(e.getActionCommand()))
        {
            try {
                JFileChooser chooser = new JFileChooser();
                chooser.showOpenDialog(null);
                File f = chooser.getSelectedFile();
                srcImage = ImageIO.read(f);
                filters.setImage(srcImage);
                filters.repaint();
            } catch (IOException e1) {
                e1.printStackTrace();
            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyFilterUI ui = new MyFilterUI();
        ui.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        ui.setPreferredSize(new Dimension(800, 600));
        ui.pack();
        ui.setVisible(true);
    }
    
}

这里主要是基于JFrame对象实现UI部分，通过重载JPanel的paintComponent()方法来显示原图与处理后的效果图。按钮动作响应通过监听ActionListener来实现，处理完以后通过调用repaint()方法来实现UI刷新。