java:图像(BufferedImage)色彩空间转换(灰度)暨获取图像矩阵数据byte[](sRGB/gray)

古城微笑少年丶 2023-09-30 15:56 7阅读 0赞

### ColorConvertOp ###

`java.awt.image`包下面有个类`java.awt.image.ColorConvertOp`,类名直译就是”颜色转换操作”。  
顾名思义,它的作用就是将一个色彩空间(color space)的图像转换为另一个色彩空间的图像。有了这个神器我们就能轻易的将一张彩色图你像转换成灰度(gray)或其他色彩空间图像。  
代码非常简单,只要一行。

public BufferedImage toGray(BufferedImage srcImg){
              
            return new ColorConvertOp(ColorSpace.getInstance(ColorSpace.CS_GRAY), null).filter(srcImg, null);
        }

依此类推，你可以参照`ColorConvertOp`的参数说明将图像转为其他格式。  
java.awt.color.ColorSpace中列出了很多支持的色彩空间定义`TYPE_RGB`,`TYPE_CMYK`,`TYPE_HSV`,`TYPE_YCbCr`….

### Raster.getDataElements ###

有时我们通过ImageIO得到解码后的图像数据对象(BufferedImage)以后,需要获取图像矩阵的裸数据(即一个存储图像数据的byte数组)。  
BufferedImage中提供了一个getRGB()方法，它返回的是一个ARGB格式int\[\]数组(每个int型元素的4个字节分别代表一个像素的Alpha,Red,Green,Blue四个通道)  
如果你要从这个方法获取RGB的数组，你还得自己写转换代码：

/**
         * 返回图像的RGB格式字节数组
         * @param image
         * @return
         */
        public static byte[] getMatrixRGB(BufferedImage image){
        
            int w = image.getWidth();
            int h = image.getHeight();
            int[] intArray = new int[w * h];
            byte[] matrixRGB = new byte[w * h * 3];
            image.getRGB(0, 0, w, h, intArray, 0, w);
            // ARGB->RGB
            for(int i=0,b=0;i<intArray.length;++i){
        
                matrixRGB[b++]=(byte) (matrixRGB[i]&0x000000FF);
                matrixRGB[b++]=(byte) ((matrixRGB[i]&0x0000FF00)>>8);
                matrixRGB[b++]=(byte) ((matrixRGB[i]&0x00FF0000)>>16);
            }
            return matrixRGB;
        }

好烦呐，我以前就是这么干的，真的没有提供更好的方法吗？  
不是没有更好的方法，而是我学艺不精没找到而已。  
在仔细研究了BufferedImage的代码之后，才明白getRGB()只是BufferedImage为默认 RGB 颜色模型 (`TYPE_INT_ARGB`)提供的一个便利性封装。  
通过getRGB()源码可以知道BufferedImage对象中真正的图像数据是由成员对象`raster`(`java.awt.image.WritableRaster`)管理。而`WritableRaster`是`java.awt.image.Raster`的子类。`Raster`中getDataElements方法可以我们所需要的字节数组。  
还以前面图像转灰度举例，如果要从灰度图像中获取图像矩阵的字节数组,代码示例如下：

/**
         * 获取灰度图像的字节数组
         * @param image
         * @return
         */
        public static byte[] getMatrixGray(BufferedImage image) {
        
                // 转灰度图像
                BufferedImage grayImage = new BufferedImage(width, height,  
                            BufferedImage.TYPE_BYTE_GRAY);      
                new ColorConvertOp(ColorSpace.getInstance(ColorSpace.CS_GRAY), null).filter(image, grayImage);
                // getData方法返回BufferedImage的raster成员对象
                return (byte[]) grayImage.getData().getDataElements(0, 0, image.getWidth(), image.getHeight(), null);       
        }

注意这里return语句使用了(byte\[\])强制类型转换，因为getDataElements返回的是打开声明 java.lang.Object对象。  
也就是说getDataElements返回的未必是byte\[\]类型，为什么呢？看下面getDataElements方法的说明：  
![这里写图片描述][20160709172330692]  
看不懂没关系，我们可以看到这里的返回的类型可能是：TYPE\_BYTE,TYPE\_USHORT,TYPE\_INT,TYPE\_SHORT,TYPE\_FLOAT,TYPE\_DOUBLE。并不一定是byte。  
那么问题来了，如何控制返回的数组类型是byte\[\]呢？  
同样，我们可以使用前面的`ColorConvertOp`对象进行转换。  
比如我们需要得到图像的RGB数据:

/**
         * 获取图像RGB格式数据
         * @param image
         * @return
         */
        public static byte[] getMatrixRGB(BufferedImage image){
        
            if(image.getType()!=BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR){
        
                // 转sRGB格式
                BufferedImage rgbImage = new BufferedImage(
                            image.getWidth(), 
                            image.getHeight(),  
                            BufferedImage.TYPE_3BYTE_BGR);
                new ColorConvertOp(ColorSpace.getInstance(ColorSpace.CS_sRGB), null).filter(image, rgbImage);
                // 从Raster对象中获取字节数组
                return (byte[]) rgbImage.getData().getDataElements(0, 0, rgbImage.getWidth(), rgbImage.getHeight(), null);
            }else{
        
                return (byte[]) image.getData().getDataElements(0, 0, image.getWidth(), image.getHeight(), null);
            }
        }

[20160709172330692]: https://img-blog.csdn.net/20160709172330692