JAVA真彩色转256色的实现

色彩转换算法

实现真彩色到256色的转换,关键就是如何从24位真彩色的颜色中选出256种颜色,使图像失真较小。主要的算法有:
(1)取颜色高位算法,例如:分别取R高3位,G高2位,B高3位组成8字节获取256种颜色。
(2)流行色算法。算法的基本思路是:对彩色图像中所有色彩出现的次数进行统计分析,从而选取频率最高的N(256)种颜色,为这N(256)种颜色建立调色板。算法特点:算法简单容易实现,变换效果好,但一些出现频率较低,但对人眼视觉效果明显的信息将丢失。
(3)八叉树颜色量化算法。算法基本思路是:将图像中使用的RGB颜色值分布到层状的八叉树中。八叉树的深度可达9层,即根节点层加上分别表示8位的R、G、B值的每一位的8层节点。较低的节点层对应于较不重要的RGB值的位(右边的位),因此,为了提高效率和节省内存,可以去掉最低部的2 ~ 3层,这样不会对结果有太大的影响。叶节点编码存储像素的个数和R、G、B颜色分量的值;而中间的节点组成了从最顶层到叶节点的路径。这是一种高效的存储方式,既可以存储图像中出现的颜色和其出现的次数,也不会浪费内存来存储图像中不出现的颜色。算法特点:效率高,效果好。

JAVA真彩色转换算法实现

这里,我们用以下两种方式实现色彩的转换:
(1)直接使用JAVA画图功能实现
(2)使用流行色算法实现

(一)使用JAVA画图功能实现转换的方法

这里我们用JAVA的图像库实现颜色的转换,我们先看看直接使用JAVA画图功能实现转换的代码及实现效果。

实现的基本思路是
(1)创建TYPE_BYTE_INDEXED类型的BufferedImage图像对象。
(2)获取该对象的画图对象Graphics2D,将真彩色图像绘制到该图像上。
(3)对新建的对象进行输出,就得到了256色图像。
下面是实现代码

import java.awt.Graphics2D;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import javax.imageio.ImageIO;

public class ColorTrueTo256 {
    public static BufferedImage trueTo256(BufferedImage imgSrc) {
        int width = imgSrc.getWidth();
        int height = imgSrc.getHeight();
        
        BufferedImage imgDst = new BufferedImage(width, height, BufferedImage.TYPE_BYTE_INDEXED);
        Graphics2D g2d = imgDst.createGraphics();
        
        g2d.drawImage(imgSrc, 0, 0, width, height, null);
        g2d.dispose();
        
        return imgDst;
    }

    public static void main(String[] argv) throws IOException {
        BufferedImage imgSrc = ImageIO.read(new File("landscape.jpg"));
        BufferedImage imgDst = trueTo256(imgSrc);
        ImageIO.write(imgDst, "gif", new File("landscape-1-256.gif"));
   }
}

我们对以下图像进行处理:

landscape.jpg

处理效果如下图

landscape-1-256.gif

(二)使用流行色算法实现的方法及效果

用流行色算法实现转换,大致的算法如下:
(1)准备一个长度为4096的数组,代表4096种颜色。对图中的每一个像素,取R,G,B的最高四位,拼成一个12位的整数,对应的数组元素加1。
(2)全部统计完后,就得到了这4096种颜色的使用频率。这其中,可能有一些颜色一次也没用到,即对应的数组元素为零。将这些为零的数组元素清除出去。
(3)将这剩余的数按从大到小的顺序排列,这样,前256种颜色就是用的最多的颜色,它们将作为调色板上的256种颜色。
(4)对于剩下的颜色并不是简单的丢弃,而是用前面的256种颜色中的一种来代替,代替的原则是找有最小平方误差的那个。

实现代码如下:

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.File;
import java.io.IOException;
import javax.imageio.ImageIO;

public class TrueTo256 {
    public static int colorTransfer(int rgb) {
        int r = (rgb&0x0F00000)>>20;
        int g = (rgb&0x000F000)>>12;
        int b = (rgb&0x00000F0)>>4;
        return (r<<8|g<<4|b);
    }
    
    public static int colorRevert(int rgb) {
        int r = (rgb&0x0F00)<<12;
        int g = (rgb&0x000F0)<<8;
        int b = (rgb&0x00000F)<<4;
        return (r|g|b);
    }
    
    private static int getDouble(int a, int b) {
        int red = ((a&0x0F00)>>8) - ((b&0x0F00)>>8);
        int grn = ((a&0x00F0)>>4) - ((b&0x00F0)>>4);
        int blu = (a&0x000F) - (b&0x000F);
        return red*red + blu*blu + grn*grn;
    }
    public static int getSimulatorColor(int rgb, int[] rgbs, int m) {
        int r = 0;
        int lest = getDouble(rgb, rgbs[r]);
        for (int i=1; i < m; i++) {
            int d2 = getDouble(rgb, rgbs[i]);
            if (lest > d2) {
                lest = d2;
                r = i;
            }
        }
        return rgbs[r];
    }
    
    public static void transferTo256(int[][] rgbs) {
        int n = 4096;
        int m = 256;
        int[] colorV = new int[n];
        int[] colorIndex = new int[n];
        
        //初始化
        for (int i=0; i < n; i++) {
            colorV[i] = 0;
            colorIndex[i] = i;
        }
        
        //颜色转换
        for (int x = 0; x < rgbs.length; x++) {
            for (int y = 0; y < rgbs[x].length; y++) {
                rgbs[x][y] = colorTransfer(rgbs[x][y]);
                colorV[rgbs[x][y]]++;
            }
        }
        
        //出现频率排序
        boolean exchange;
        int r;
        for (int i=0; i < n; i++) {
            exchange = false;
            for (int j=n-2; j>=i; j--) {
                if (colorV[colorIndex[j+1]] > colorV[colorIndex[j]]) {
                    r = colorIndex[j];
                    colorIndex[j] = colorIndex[j+1];
                    colorIndex[j+1] = r;
                    exchange = true;
                }
            }
            if (!exchange) break;
        }
        
        //颜色排序位置
        for (int i=0; i < n; i++) {
            colorV[colorIndex[i]] = i;
        }
        
        for (int x = 0; x < rgbs.length; x++) {
            for (int y = 0; y < rgbs[x].length; y++) {
                if (colorV[rgbs[x][y]] >= m) {
                    rgbs[x][y] = colorRevert(getSimulatorColor(rgbs[x][y], colorIndex, m));
                } else {
                    rgbs[x][y] = colorRevert(rgbs[x][y]);
                }
            }
        }
    }
    
    public static void transferToRed(int[][] rgbs) {
        for (int x = 0; x < rgbs.length; x++) {
            for (int y = 0; y < rgbs[x].length; y++) {
                rgbs[x][y] = rgbs[x][y]&0x00FF0000;
            }
        }
    }
    
    public static void transferToGreen(int[][] rgbs) {
        for (int x = 0; x < rgbs.length; x++) {
            for (int y = 0; y < rgbs[x].length; y++) {
                rgbs[x][y] = rgbs[x][y]&0x00FF00;
            }
        }
    }
    
    public static void transferToBlue(int[][] rgbs) {
        for (int x = 0; x < rgbs.length; x++) {
            for (int y = 0; y < rgbs[x].length; y++) {
                rgbs[x][y] = rgbs[x][y]&0x00FF;
            }
        }
    }
    
    public static BufferedImage trueTo256(BufferedImage img) {
        int[][] rgbs = new int[img.getWidth()][img.getHeight()];
        BufferedImage cloneImg = new BufferedImage(img.getWidth(), img.getHeight(),
                BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
        for (int x=0; x < rgbs.length; x++) {
            for (int y=0; y < rgbs[x].length; y++) {
                rgbs[x][y] = img.getRGB(x, y);
            }
        }

        transferTo256(rgbs);
        
        for (int x=0; x < rgbs.length; x++) {
            for (int y=0; y < rgbs[x].length; y++) {
                cloneImg.setRGB(x, y, rgbs[x][y]);
            }
        }

        return cloneImg;
    }

    public static void main(String[] argv) throws IOException {
        BufferedImage imgSrc = ImageIO.read(new File("landscape.jpg"));
        
        BufferedImage imgDst = trueTo256(imgSrc);
        ImageIO.write(imgDst, "gif", new File("landscape-2-256.gif"));
    }
}

用该算法对上面的图片进行处理,实现效果如下:

landscape-2-256.gif
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