Pythonでフォトモザイクを実装する方法をわかりやすく解説

フォトモザイク（Photomosaic）とは、1枚の画像を正方形のグリッドに分割し、その各マスを別の画像や色のブロックに置き換える技法です。離れた場所から見ると元の画像がはっきりと見えますが、近づいて観察すると、さまざまな色の小さなブロックが集まって構成されていることが分かります。

この記事では、Pythonの「photomosaic」というモジュールを使って、簡単にフォトモザイク画像を作成する方法をご紹介します。

photomosaicモジュールのインストール

まずは以下のコマンドでphotomosaicモジュールをインストールします。依存関係としてscikit-learnモジュールも同時にダウンロードされます。

sudo pip3 install photomosaic

photomosaicモジュールの主な特徴

• タイルのサイズを自由に変更できる。
• 画像のディテール（細部）が重要な部分には、より小さなタイルを設定できる。
• Flickr APIを利用して、タイルとして使える大量の画像コレクションを取得できる。

この記事では、このモジュールを最もシンプルな形で実装する方法を見ていきます。サンプル画像にはscikit-image（skimage）ライブラリに含まれる画像を使用します。

使用する元画像

フォトモザイク作成の手順

1. 元となる画像を読み込む（ここではskimageライブラリの画像を使用）。
2. グリッドのタイルサイズを定義する。
3. カラフルなRGB画像ブロックを作成し、プール（Pool）として保存する場所を指定する。
4. そのフォルダをフォトモザイク用のプールとして設定する。
5. プールとグリッドサイズを使ってフォトモザイクを生成する。
6. 生成した画像を保存する。
7. 終了する。

サンプルコード

from skimage.io import *
import sys
import photomosaic as phmos
from skimage import data
image = data.coffee() # skimageからコーヒーの画像を取得
# コマンドライン引数からモザイクのサイズを取得
mos_size = (int(sys.argv[1]), int(sys.argv[2]))
# すべての画像ブロックを作成し、プールを生成
phmos.rainbow_of_squares('square/')
square_pool = phmos.make_pool('square/*.png')
# モザイク画像を作成して保存
mosaic = phmos.basic_mosaic(image, square_pool, mos_size)
imsave('mosaic_op.png', mosaic)

実行結果（1回目：グリッドサイズ 100 × 100）

$ python3 225.Photomosaic.py 100 100
5832it [00:02, 2506.05it/s]
analyzing pool: 100%|| 5832/5832 [00:08<00:00, 717.90it/s]
/usr/local/lib/python3.6/dist-packages/skimage/transform/_warps.py:105: UserWarning: The default mode, 'constant', will be changed to 'reflect' in skimage 0.15.
warn("The default mode, 'constant', will be changed to 'reflect' in "
/usr/local/lib/python3.6/dist-packages/skimage/transform/_warps.py:110: UserWarning: Anti-aliasing will be enabled by default in skimage 0.15 to avoid aliasing artifacts when down-sampling images.
warn("Anti-aliasing will be enabled by default in skimage 0.15 to "
partitioning: depth 0: 100%|| 10000/10000 [00:00<00:00, 852292.94it/s]
analyzing tiles: 100%|| 10000/10000 [00:00<00:00, 93084.50it/s]
matching: 100%|| 10000/10000 [00:00<00:00, 30864.50it/s]
drawing mosaic: 100%|| 10000/10000 [00:00<00:00, 13227.12it/s]
/usr/local/lib/python3.6/dist-packages/skimage/util/dtype.py:141: UserWarning: Possible precision loss when converting from float64 to uint8
.format(dtypeobj_in, dtypeobj_out))

実行結果（2回目：グリッドサイズ 500 × 500）

$ python3 225.Photomosaic.py 500 500
5832it [00:02, 2634.16it/s]
analyzing pool: 100%|| 5832/5832 [00:08<00:00, 709.54it/s]
/usr/local/lib/python3.6/dist-packages/skimage/transform/_warps.py:105: UserWarning: The default mode, 'constant', will be changed to 'reflect' in skimage 0.15.
warn("The default mode, 'constant', will be changed to 'reflect' in "
/usr/local/lib/python3.6/dist-packages/skimage/transform/_warps.py:110: UserWarning: Anti-aliasing will be enabled by default in skimage 0.15 to avoid aliasing artifacts when down-sampling images.
warn("Anti-aliasing will be enabled by default in skimage 0.15 to "
partitioning: depth 0: 100%|| 250000/250000 [00:00<00:00, 456159.45it/s]
analyzing tiles: 100%|| 250000/250000 [00:02<00:00, 113937.01it/s]
matching: 100%|| 250000/250000 [00:07<00:00, 32591.43it/s]
drawing mosaic: 100%|| 250000/250000 [00:02<00:00, 104349.90it/s]
/usr/local/lib/python3.6/dist-packages/skimage/util/dtype.py:141: UserWarning: Possible precision loss when converting from float64 to uint8
.format(dtypeobj_in, dtypeobj_out))

まとめ

このように、Pythonのphotomosaicモジュールを使えば、わずか数行のコードで美しいフォトモザイク画像を生成できます。グリッドサイズを大きくするほど、各タイルが細かくなり、遠目にも近くでも自然に見える高精細なモザイクが完成します。ぜひご自身のお気に入りの画像でも試してみてください。