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画像処理100本ノックに挑戦|Embossフィルタ(018/100)

2025/01/19に公開

これはなに?

画像処理100本ノックを、TypeScriptとlibvipsで挑戦してみる記事の18本目です。

前回

https://zenn.dev/nyagato_00/articles/bf0ba1f0cac474

実装

お題

Embossフィルタを実装せよ。

Embossフィルタとは輪郭部分を浮き出しにするフィルタで、次式で定義される。

      -2 -1  0
K = [ -1  1  1 ]
       0  1  2

https://github.com/minido/Gasyori100knock-1/tree/master/Question_11_20#q18-embossフィルタ

Coding

import sharp from 'sharp';

export async function embossFilter(
  inputPath: string, 
  outputPath: string, 
  kernelSize: number = 3
): Promise<void> {
  try {
    // まずグレースケールに変換
    const image = await sharp(inputPath)
      .raw()
      .toBuffer({ resolveWithObject: true });

    const { data, info } = image;
    const { width, height, channels } = info;

    // グレースケール変換
    const grayData = Buffer.alloc(width * height);
    for (let i = 0; i < data.length; i += channels) {
      const b = data[i];
      const g = data[i + 1];
      const r = data[i + 2];
      const gray = Math.round(0.2126 * r + 0.7152 * g + 0.0722 * b);
      grayData[i / channels] = gray;
    }

    // パディングサイズを計算
    const pad = Math.floor(kernelSize / 2);

    // パディング付きの配列を作成
    const paddedHeight = height + 2 * pad;
    const paddedWidth = width + 2 * pad;
    const paddedData = new Float32Array(paddedHeight * paddedWidth);
    const tempData = new Float32Array(paddedHeight * paddedWidth);

    // ゼロパディング
    for (let y = 0; y < paddedHeight; y++) {
      for (let x = 0; x < paddedWidth; x++) {
        const destPos = y * paddedWidth + x;
        if (y >= pad && y < paddedHeight - pad && 
            x >= pad && x < paddedWidth - pad) {
          const srcY = y - pad;
          const srcX = x - pad;
          const srcPos = srcY * width + srcX;
          paddedData[destPos] = grayData[srcPos];
          tempData[destPos] = grayData[srcPos];
        }
      }
    }

    // Embossカーネルの定義
    const kernel = [
      [-2, -1, 0],
      [-1, 1, 1],
      [0, 1, 2]
    ];

    // 結果用の配列を作成
    const result = Buffer.alloc(width * height);

    // フィルタリング
    for (let y = 0; y < height; y++) {
      for (let x = 0; x < width; x++) {
        let sum = 0;

        // カーネル領域の処理
        for (let ky = 0; ky < kernelSize; ky++) {
          for (let kx = 0; kx < kernelSize; kx++) {
            const py = y + ky;
            const px = x + kx;
            const pixel = tempData[py * paddedWidth + px];
            sum += pixel * kernel[ky][kx];
          }
        }

        // 結果を保存(0-255の範囲にクリップ)
        const pos = y * width + x;
        result[pos] = Math.min(255, Math.max(0, sum));
      }
    }

    // 結果を保存
    await sharp(result, {
      raw: {
        width,
        height,
        channels: 1
      }
    })
    .toFile(outputPath);

    console.log('Embossフィルタ処理が完了しました');
  } catch (error) {
    console.error('画像処理中にエラーが発生しました:', error);
    throw error;
  }
}

Test

import { existsSync, unlinkSync } from 'fs';
import { join } from 'path';
import sharp from 'sharp';
import { embossFilter } from './imageProcessor';

describe('Emboss Filter Tests', () => {
  const testInputPath = join(__dirname, '../test-images/test.jpeg');
  const testOutputPath = join(__dirname, '../test-images/test-emboss.jpg');

  afterEach(() => {
    if (existsSync(testOutputPath)) {
      unlinkSync(testOutputPath);
    }
  });

  test('should successfully apply emboss filter', async () => {
    await expect(embossFilter(testInputPath, testOutputPath))
      .resolves.not.toThrow();
    expect(existsSync(testOutputPath)).toBe(true);
  });

  test('should maintain image dimensions', async () => {
    await embossFilter(testInputPath, testOutputPath);
    
    const inputMetadata = await sharp(testInputPath).metadata();
    const outputMetadata = await sharp(testOutputPath).metadata();

    expect(outputMetadata.width).toBe(inputMetadata.width);
    expect(outputMetadata.height).toBe(inputMetadata.height);
  });

  test('should create emboss effect', async () => {
    await embossFilter(testInputPath, testOutputPath);
    
    const outputImage = await sharp(testOutputPath)
      .raw()
      .toBuffer({ resolveWithObject: true });

    // エンボス効果の特徴を確認(明るい部分と暗い部分の両方が存在すること)
    let hasHighValues = false;
    let hasLowValues = false;
    let hasMidValues = false;

    for (let i = 0; i < outputImage.data.length; i++) {
      const value = outputImage.data[i];
      if (value > 200) hasHighValues = true;
      if (value < 50) hasLowValues = true;
      if (value > 100 && value < 150) hasMidValues = true;
      if (hasHighValues && hasLowValues && hasMidValues) break;
    }

    expect(hasHighValues).toBe(true);
    expect(hasLowValues).toBe(true);
    expect(hasMidValues).toBe(true);
  });

  test('should have valid pixel values', async () => {
    await embossFilter(testInputPath, testOutputPath);
    
    const outputImage = await sharp(testOutputPath)
      .raw()
      .toBuffer({ resolveWithObject: true });

    // すべてのピクセル値が有効な範囲内にあることを確認
    const isValidValue = (value: number) => value >= 0 && value <= 255;
    expect(Array.from(outputImage.data).every(isValidValue)).toBe(true);
  });
});

結果

入力 出力

Discussion