JavaとOpenCVでバイラテラルフィルタ（バイラテラルブラー）を実装する方法

画像にローパスフィルタを適用することでぼかし（ブラー）効果を得られます。ローパスフィルタは、画像から高周波成分（ノイズやエッジなど）を取り除く働きがあります。

バイラテラルフィルタリングは、OpenCVが提供するぼかし処理の手法の一つで、次のような特徴を持っています。

• ノイズを効率的に除去できる
• エッジ（輪郭）をシャープなまま保持できる
• 他のフィルタと比較して処理速度が遅い

bilateralFilter() メソッドの使い方

バイラテラルフィルタを画像に適用するには、bilateralFilter() メソッドを使用します。このメソッドは以下の引数を受け取ります。

• 入力画像（ソース）と出力画像（デスティネーション）を表す2つの Mat オブジェクト
• ピクセル近傍領域の直径を表す整数値
• 色空間におけるシグマ（色の標準偏差）と座標空間におけるシグマ（距離の標準偏差）を表す2つの整数値
• 使用するボーダー（境界処理）の種類を表す Integer オブジェクト

直径の値を大きくするほどぼかしが強くなりますが、処理時間も長くなります。また、色空間のシグマを大きくすると、より広い色範囲のピクセルが混ぜ合わされ、半均一な領域のぼかし効果が強まります。

サンプルコード

import java.awt.Image;
import java.awt.image.BufferedImage;
import java.io.IOException;
import javafx.application.Application;
import javafx.embed.swing.SwingFXUtils;
import javafx.scene.Group;
import javafx.scene.Scene;
import javafx.scene.image.ImageView;
import javafx.scene.image.WritableImage;
import javafx.stage.Stage;
import org.opencv.core.Core;
import org.opencv.core.Mat;
import org.opencv.highgui.HighGui;
import org.opencv.imgcodecs.Imgcodecs;
import org.opencv.imgproc.Imgproc;

public class BilateralFilterExample extends Application {
   public void start(Stage stage) throws IOException {
      // OpenCVのコアライブラリを読み込む
      System.loadLibrary( Core.NATIVE_LIBRARY_NAME );
      // 画像データを読み込む
      String file ="D:\\Images\\window.jpg";
      Mat src = Imgcodecs.imread(file);
      // 出力用の行列を作成する
      Mat dst = new Mat(src.rows(), src.cols(), src.type());
      // バイラテラルフィルタを適用する
      Imgproc.bilateralFilter(src, dst, 25, 75, 75, Core.BORDER_DEFAULT);
      // 行列をJavaFXのWritableImageに変換する
      Image img = HighGui.toBufferedImage(dst);
      WritableImage writableImage= SwingFXUtils.toFXImage((BufferedImage) img, null);
      // ImageViewを設定する
      ImageView imageView = new ImageView(writableImage);
      imageView.setX(10);
      imageView.setY(10);
      imageView.setFitWidth(575);
      imageView.setPreserveRatio(true);
      // Sceneオブジェクトを設定する
      Group root = new Group(imageView);
      Scene scene = new Scene(root, 595, 400);
      stage.setTitle("Bilateral Filter Example");
      stage.setScene(scene);
      stage.show();
   }
   public static void main(String args[]) {
      launch(args);
   }
}

入力画像

実行結果

上記のプログラムを実行すると、次のような出力が得られます。

このように、バイラテラルフィルタを適用した画像では、ノイズが滑らかに除去されながらも、窓枠などのエッジ部分はくっきりと保たれていることが確認できます。通常のガウシアンブラーではエッジも一緒にぼやけてしまうため、輪郭を残したい画像処理にはバイラテラルフィルタが適しています。