Javaで画像をネガティブ（反転）に変換する方法｜アルゴリズムと実装コードをわかりやすく解説

画像をネガティブに変換するアルゴリズム

カラー画像をネガティブ（階調反転）画像に変換する仕組みは非常にシンプルです。基本となる手順は以下の4ステップです。

• 各ピクセルの赤（R）・緑（G）・青（B）の値を取得する
• それぞれの色の値を255から引き算し、新しい色の値として保存する
• 変更後の3つの色の値から、新しいピクセル値を生成する
• その新しい値を元のピクセルに設定する

この「255からの減算」により、明るい部分は暗く、暗い部分は明るくなり、写真のネガフィルムのような反転画像が完成します。

Javaによる実装手順

Javaでは、標準ライブラリの ImageIO クラスや Color クラスを利用することで、OpenCVなどの外部ライブラリに頼らずにネガティブ画像を生成できます。具体的な処理の流れは次のとおりです。

1. ImageIO.read() メソッドを使って、対象の画像ファイルを読み込む
2. 画像の高さと幅を取得する
3. ネストしたforループで、画像内の全ピクセルを1つずつ走査する
4. getRGB() メソッドでピクセル値を取得する
5. 取得したピクセル値を引数として、Color オブジェクトを生成する
6. getRed()・getGreen()・getBlue() メソッドで、それぞれR・G・Bの値を取り出す
7. アルゴリズムに従って、新しいR・G・Bの値を計算する
8. 計算結果のRGB値を引数として、新しい Color オブジェクトを作成する
9. setRGB() メソッドで、新しいピクセル値を画像に書き戻す

サンプルコード

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

public class Color2Negative {
    public static void main(String args[]) throws IOException {
        // 画像を読み込む
        File file = new File("D:\\Images\\car3.jpg");
        BufferedImage img = ImageIO.read(file);
        for (int y = 0; y < img.getHeight(); y++) {
            for (int x = 0; x < img.getWidth(); x++) {
                // ピクセルの値を取得
                int pixel = img.getRGB(x, y);
                // ピクセル値からColorオブジェクトを生成
                Color color = new Color(pixel, true);
                // R・G・Bの値を取り出す
                int red = color.getRed();
                int green = color.getGreen();
                int blue = color.getBlue();
                // 255から減算してネガティブに変換
                red = 255 - red;
                green = 255 - green;
                blue = 255 - blue;
                // 新しいColorオブジェクトを作成
                color = new Color(red, green, blue);
                int newPixel = color.getRGB();
                // 新しい色を画像に設定
                img.setRGB(x, y, newPixel);
            }
        }
        // 変換後の画像を保存
        file = new File("D:\\Images\\negative_image.jpg");
        ImageIO.write(img, "jpg", file);
        System.out.println("Done...");
    }
}

このプログラムを実行すると、指定したパスの画像が読み込まれ、全ピクセルに対して反転処理が施された後、「negative_image.jpg」として保存されます。

入力画像

出力画像（ネガティブ変換後）

なお、画素数の大きな画像を扱う場合は、ピクセルごとのループ処理に時間がかかることがあります。パフォーマンスを重視する場合は、Raster クラスやバッファ配列を活用した一括処理を検討するとよいでしょう。