【C言語】第10章第11回：C言語での画像処理プログラム

2025年1月17日 a-mun

本記事では、C言語を使用して画像処理を行うプログラムを作成します。BMP画像の読み込み、グレースケール変換、保存の基本を学びます。

Table of Contents

0. 記事の概要

この記事を読むメリット

画像処理の基礎理解：画像データの構造や編集方法を学べます。
実践的なプログラム作成：画像を操作するスキルを身につけ、実用的なツール開発につなげられます。
応用力の向上：学んだ技術を応用して、画像フィルタリングやエフェクトの作成が可能になります。

この記事で学べること

BMP画像の基本構造
画像の読み込みと編集方法
グレースケール変換の実装

1. 画像処理プログラムの基本設計

1.1 BMP画像の基本構造

BMP画像は以下の部分で構成されています。

ファイルヘッダー（ファイルサイズや画像の開始位置を記録）
情報ヘッダー（画像の幅、高さ、色深度などを記録）
ピクセルデータ（画像の各ピクセルの色情報を格納）

1.2 プログラムの機能

このプログラムでは以下の基本機能を実装します。

BMP画像の読み込み
グレースケール変換
変換結果の保存

2. コード例と詳細解説

2.1 基本コード例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

#pragma pack(1) // 構造体のパディングを無効化

typedef struct {
    unsigned short bfType;
    unsigned int bfSize;
    unsigned short bfReserved1;
    unsigned short bfReserved2;
    unsigned int bfOffBits;
} BMPFileHeader;

typedef struct {
    unsigned int biSize;
    int biWidth;
    int biHeight;
    unsigned short biPlanes;
    unsigned short biBitCount;
    unsigned int biCompression;
    unsigned int biSizeImage;
    int biXPelsPerMeter;
    int biYPelsPerMeter;
    unsigned int biClrUsed;
    unsigned int biClrImportant;
} BMPInfoHeader;

void convertToGrayscale(unsigned char *pixelData, int width, int height) {
    for (int i = 0; i < height; i++) {
        for (int j = 0; j < width * 3; j += 3) {
            unsigned char r = pixelData[i * width * 3 + j + 2];
            unsigned char g = pixelData[i * width * 3 + j + 1];
            unsigned char b = pixelData[i * width * 3 + j];
            unsigned char gray = (r + g + b) / 3;
            pixelData[i * width * 3 + j] = gray;
            pixelData[i * width * 3 + j + 1] = gray;
            pixelData[i * width * 3 + j + 2] = gray;
        }
    }
}

int main() {
    FILE *file = fopen("input.bmp", "rb");
    if (!file) {
        perror("ファイルを開けませんでした");
        return 1;
    }

    BMPFileHeader fileHeader;
    BMPInfoHeader infoHeader;

    fread(&fileHeader, sizeof(BMPFileHeader), 1, file);
    fread(&infoHeader, sizeof(BMPInfoHeader), 1, file);

    unsigned char *pixelData = malloc(infoHeader.biSizeImage);
    fseek(file, fileHeader.bfOffBits, SEEK_SET);
    fread(pixelData, 1, infoHeader.biSizeImage, file);
    fclose(file);

    convertToGrayscale(pixelData, infoHeader.biWidth, infoHeader.biHeight);

    FILE *output = fopen("output.bmp", "wb");
    if (!output) {
        perror("出力ファイルを作成できませんでした");
        return 1;
    }

    fwrite(&fileHeader, sizeof(BMPFileHeader), 1, output);
    fwrite(&infoHeader, sizeof(BMPInfoHeader), 1, output);
    fwrite(pixelData, 1, infoHeader.biSizeImage, output);

    fclose(output);
    free(pixelData);

    printf("グレースケール変換が完了しました！\\n");
    return 0;
}

動作解説

画像の読み込み:BMPファイルのヘッダー情報を読み取り、ピクセルデータをメモリに格納します。
グレースケール変換:各ピクセルのRGB値を平均してグレースケール化します。
変換結果の保存:編集済みのピクセルデータを新しいBMPファイルに書き込みます。

3. 練習問題

以下の課題に挑戦して、画像処理プログラムを拡張してみましょう。

画像を反転させる機能を追加してください。
指定された領域だけをグレースケール化する機能を追加してください。
画像を回転させる機能を実装してください。

4. 練習問題の解答と解説

問1の解答例

// 画像を反転させるロジック
void invertImage(unsigned char *pixelData, int width, int height) {
    for (int i = 0; i < height; i++) {
        for (int j = 0; j < width * 3; j += 3) {
            unsigned char tempR = pixelData[i * width * 3 + j + 2];
            unsigned char tempG = pixelData[i * width * 3 + j + 1];
            unsigned char tempB = pixelData[i * width * 3 + j];
            pixelData[i * width * 3 + j + 2] = 255 - tempR;
            pixelData[i * width * 3 + j + 1] = 255 - tempG;
            pixelData[i * width * 3 + j] = 255 - tempB;
        }
    }
}

この関数では、RGB値を255から減算して各ピクセルを反転させます。

5. まとめ

本記事では、C言語を用いてBMP画像の読み込み、編集、保存を行うプログラムを作成しました。さらに高度な処理を加え、画像処理ツールを拡張してみましょう。