判別分析法による閾値の自動計算

二値化処理
判別分析法による閾値の自動計算
解説：http://aquioux.blog48.fc2.com/blog-entry-696.html
@author Aquioux(Yoshida, Akio)

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modified : 2010-03-12 21:50:26

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package {
	import flash.display.Sprite;
	[SWF(width = "465", height = "465", frameRate = "60", backgroundColor = "#808080")]
	/**
	 * 二値化処理
	 * 判別分析法による閾値の自動計算
	 * 解説：http://aquioux.blog48.fc2.com/blog-entry-696.html
	 * @author Aquioux(Yoshida, Akio)
	 */
	public class Main extends Sprite {
		
		public function Main():void {
			// model
			var model:Model = new Model();
			
			// controller
			var controller:Controller = new Controller(model);
			addChild(controller);
			
			// _view
			var view:View = new View(model);
			addChild(view);

// 参照のセット
			controller.view = view;
			view.controller = controller;
		}
	}
}

import com.adobe.images.PNGEncoder;
	import flash.display.Bitmap;
	import flash.display.BitmapData;
	import flash.display.Loader;
	import flash.display.Stage;
	import flash.events.Event;
	import flash.events.EventDispatcher;
	import flash.geom.Matrix;
	import flash.net.FileReference;
	import flash.utils.ByteArray;
	/**
	 * Model
	 * @author YOSHIDA, Akio (Aquioux)
	 */
	class Model extends EventDispatcher {
		// ---------- パブリックメンバ ----------
		//
		// 表示する縦 or 横の長い方の最大値
		static public const MAX_SIZE:uint = 256;
		
		// View へ渡すデータ
		public function get data():BitmapData { return _data; }
		private var _data:BitmapData;

// ---------- ローカルメンバ ----------
		//
		// ファイルロードに関わる
		private var fileRef_:FileReference;
		private var loader_:Loader;
		
		// エフェクタ
		private var grayscale_:EffectorGrayScale;
		private var smoothing_:EffectorSmoothing;

// ---------- パブリックメソッド ----------
		//
		/**
		 * コンストラクタ
		 */
		public function Model() {
			fileRef_   = new FileReference();
			loader_    = new Loader();
			grayscale_ = new EffectorGrayScale();
			smoothing_ = new EffectorSmoothing();
		}
		
		/**
		 * 画像ロード step 1 ファイル選択
		 * Controller 向けに開かれたメソッド
		 */
		public function loadHandler():void {
			fileRef_.addEventListener(Event.SELECT, load2Handler);
			fileRef_.browse();
		}

// ---------- ローカルメソッド ----------
		//
		// 画像ロード step 2 ファイル読込
		private function load2Handler(e:Event):void {
			fileRef_.removeEventListener(Event.SELECT, arguments.callee);
			fileRef_.addEventListener(Event.COMPLETE, load3Handler);
			fileRef_.load();
		}
		// 画像ロード step 3 ファイル読込完了
		private function load3Handler(e:Event):void {
			fileRef_.removeEventListener(Event.COMPLETE, arguments.callee);
			loader_.loadBytes(fileRef_.data);
			loader_.contentLoaderInfo.addEventListener(Event.COMPLETE, load4Handler);
		}
		// 画像ロード step 4 ファイル読込後の処理
		private function load4Handler(e:Event):void {
			loader_.contentLoaderInfo.removeEventListener(Event.COMPLETE, arguments.callee);
			update(Bitmap(loader_.content).bitmapData);
		}

// _data のアップデート
		private function update(bmd:BitmapData):void {
			// 読み込んだ画像ファイルの BitmapData の処理
			var w:uint = bmd.width;
			var h:uint = bmd.height;
			var scale:Number = MAX_SIZE / w;
			if (_data) _data.dispose();
			_data = new BitmapData(w * scale, h * scale);
			_data.draw(bmd, new Matrix(scale, 0, 0, scale));
			
			// エフェクト適用
			grayscale_.applyEffect(_data);
			smoothing_.applyEffect(_data);

// CHANGE イベント発行
			dispatchEvent(new Event(Event.CHANGE));
		}
	}

import flash.display.Bitmap;
	import flash.display.BitmapData;
	import flash.display.BlendMode;
	import flash.display.Graphics;
	import flash.display.Sprite;
	import flash.events.Event;
	/**
	 * View
	 * @author YOSHIDA, Akio (Aquioux)
	 */
	class View extends Sprite {
		// ---------- パブリックメンバ ----------
		//
		// Model の参照
		public function set model(value:Model):void { _model = value; }
		private var _model:Model;
		
		// Controller の参照
		public function set controller(value:Controller):void { _controller = value; }
		private var _controller:Controller;
		
		
		// ---------- ローカルメンバ ----------
		//
		// 各種 DisplayObject 等
		private var bm_:Bitmap;					// メイン表示 Bitmap
		private var bmd_:BitmapData;			// メイン表示 Bitmap　用の BitmapData
		private var histLayer_:Sprite;			// ヒストグラム表示レイヤー
		private var thresholdLayer_:Sprite;		// 閾値ライン表示レイヤー
		
		// エフェクタ
		private var binarize_:EffectorBinarization;

// ---------- パブリックメソッド ----------
		//
		/**
		 * コンストラクタ
		 * @param	model	Model
		 */
		public function View(model:Model) {
			_model = model;
			_model.addEventListener(Event.CHANGE, changeHandler);
			
			// メイン表示
			bm_ = new Bitmap();
			addChild(bm_);
			
			// ヒストグラム表示レイヤー
			histLayer_ = new Sprite();
			addChild(histLayer_);
			
			// 閾値ライン表示レイヤー
			thresholdLayer_ = new Sprite();
			thresholdLayer_.blendMode = BlendMode.INVERT;
			addChild(thresholdLayer_);
			
			// エフェクタ
			binarize_ = new EffectorBinarization();
		}
		
		// Controller からの通知
		public function notifyFromController(value:uint):void {
			// 閾値ラインの描画
			drawThreshold(value);
			// 表示 bitmapData の更新
			changeThreshold(value);
		}

// ---------- ローカルメソッド ----------
		//
		// Model から Event.CHANGE が発行されたときの処理（ロード時の処理）
		private function changeHandler(e:Event):void {
			bmd_ = _model.data;
			bm_.bitmapData = bmd_;
			bm_.smoothing = true;
			bm_.x = uint((stage.stageWidth  - bm_.width)  / 2);
			bm_.y = uint((stage.stageHeight - bm_.height) / 2);
			
			// ヒストグラム取得
			var hist:Vector.<Vector.<Number>> = bmd_.histogram();
			// BitmapData のピクセル数取得
			var numOfPixel:uint = bmd_.width * bmd_.height;
			
			// 閾値の自動計算
			var threshold:uint = calcThreshold(hist[0], numOfPixel);

// 表示 bitmapData の更新
			changeThreshold(threshold);
			// ヒストグラムの描画
			drawHistogram(hist[0]);
			// 閾値ラインの描画
			drawThreshold(threshold);
			
			// 表示
			// メイン画像
			bm_.x = uint((stage.stageWidth  - bm_.width)  / 2);
			bm_.y = uint((stage.stageHeight - bm_.height) / 2);
			// ヒストグラム
			histLayer_.x = bm_.x;
			histLayer_.y = bm_.y;
			// 閾値ライン
			thresholdLayer_.x = bm_.x;
			thresholdLayer_.y = bm_.y;
			
			// contoller との通信（sliderの位置調整）
			_controller.notifyFromView(bm_.x, bm_.y + bm_.height, threshold);
		}
		
		// 閾値の判別分析
		private function calcThreshold(hist:Vector.<Number>, numOfPixel:uint):uint {
			var maxSeparability:Number  = 0;	// 最大分離値を待避させる変数
			var maxDegree:uint = 0;				// そのときの階調を待避させる変数
			for (var i:int = 1; i < 255; i++) {
				// 1～254 を閾値としたときの分離度を計算し、最大値を待避する
				var Separability:Number = calcSeparability(i, hist, numOfPixel);
				if (Separability > maxSeparability) {
					maxSeparability = Separability;
					maxDegree       = i;
				}
			}
			return maxDegree;
		}
		// 分離度の計算
		private function calcSeparability(threshold:uint, hist:Vector.<Number>, numOfPixel:uint):Number {
			var i:uint;								// ループカウンター
			var num1:uint = 0, num2:uint = 0;		// 各領域の画素数
			var con1:Number = 0, con2:Number = 0;	// 各領域の濃度（濃度平均値）
			var con:Number = 0;						// 濃度中間値
			var dis1:Number, dis2:Number;			// 分散計算用
			var within:Number = 0;					// クラス内分散値
			var between:Number = 0;					// クラス間分散値
			
			// 二つの領域の画素数と濃度を計算
			for (i = 0; i < threshold; i++) {
				num1 += hist[i];
				con1 += i * hist[i];
			}
			for (i = threshold; i < 256; i++) {
				num2 += hist[i];
				con2 += i * hist[i];
			}
			con = (con1 + con2) / numOfPixel;	// 濃度中間値
			con1 /= num1;	// 領域1の濃度平均値
			con2 /= num2;	// 領域2の濃度平均値

if (num1 == 0 || num2 == 0) return 0;
			
			// 分散を計算
			// クラス内分散
			for (i = 0; i < threshold; i++) {
				dis1 = i - con1;
				within += dis1 * dis1 * hist[i];
			}
			for (i = threshold; i < 256; i++) {
				dis2 = i - con2;
				within += dis2 * dis2 * hist[i];
			}
			within /= numOfPixel;
			// クラス間分散
			for (i = 0; i < threshold; i++) {
				dis1 = con - con1;
				between += dis1 * dis1 * hist[i];
			}
			for (i = threshold; i < 256; i++) {
				dis2 = con - con2;
				between += dis2 * dis2 * hist[i];
			}
			between /= numOfPixel;
			
			return between / within;
		}
		
		// 閾値更新による BitmapData の更新
		private function changeThreshold(value:uint):void {
			var bmd:BitmapData = bmd_.clone();
			binarize_.threshold = value;
			binarize_.applyEffect(bmd);
			bm_.bitmapData = bmd;
			bm_.smoothing = true;
		}
		
		// ヒストグラムの描画
		private function drawHistogram(hist:Vector.<Number>):void {
			var numMax:uint = 0;
			for (var i:int = 0; i < 256; i++) {
				numMax = Math.max(numMax, hist[i]);
			}
			var h:Number = bm_.height;
			var rate:Number = numMax / h * 2;
			
			var g:Graphics = histLayer_.graphics;
			g.clear();
			g.beginFill(0xFFCC00, 0.5);
			for (i = 0; i < 256; i++) {
				var num:uint = hist[i] / rate;
				g.drawRect(i, h - num, 1, num);
			}
			g.endFill();
		}

// 閾値ラインの描画
		private function drawThreshold(value:uint):void {
			var g:Graphics = thresholdLayer_.graphics;
			g.clear();
			g.lineStyle(0, 0x000000);
			g.moveTo(value, 0);
			g.lineTo(value, bm_.height);
		}
	}

import com.bit101.components.HSlider;
	import com.bit101.components.Label;
	import com.bit101.components.PushButton;
	import flash.display.Sprite;
	import flash.events.Event;
	import flash.events.MouseEvent;
	import flash.geom.ColorTransform;
	/**
	 * Controller
	 * @author YOSHIDA, Akio (Aquioux)
	 */
	class Controller extends Sprite {
		// ---------- パブリックメンバ ----------
		//
		// Model の参照
		public function set model(value:Model):void { _model = value; }
		private var _model:Model;

// View の参照
		public function set view(value:View):void { _view = value; }
		private var _view:View;

// ---------- ローカルメンバ ----------
		//
		private var loadButton_:PushButton;		// ロードボタン
		private var slider_:HSlider;			// スライダー
		private var label_:Label;				// スライダー用ラベル

// ---------- パブリックメソッド ----------
		//
		/**
		 * コンストラクタ
		 * @param	model	Model
		 */
		public function Controller(model:Model) {
			_model = model;
			
			// ロードボタン
			loadButton_ = new PushButton(this, 0, 0, "LOAD", loadHandler);
			loadButton_.width = 50;
			
			// スライダー
			slider_ = new HSlider(this, 0, -50, sliderHandler);
			slider_.width = Model.MAX_SIZE;
			slider_.setSliderParams(0, 255, 0);
			
			// ラベル
			label_ = new Label(this, slider_.x, slider_.y + slider_.height);
			label_.transform.colorTransform = new ColorTransform(0, 0, 0, 1, 255, 255, 255, 0);
		}
		
		// View からの通知
		public function notifyFromView(x:Number, y:Number, value:uint):void {
			// スライダーの位置調整
			slider_.x = x;
			slider_.y = y;
			slider_.value = value;
			// ラベルの位置調整
			label_.x = x;
			label_.y = slider_.y + slider_.height;
			setLabelText(String(value));
		}

// ---------- ローカルメソッド ----------
		//
		// ロードボタンのイベントハンドラ
		private function loadHandler(e:MouseEvent):void {
			_model.loadHandler();
		}
		// スライダーのイベントハンドラ
		private function sliderHandler(e:Event):void {
			var value:uint = slider_.value;
			
			// View との通信（スライダーの値を渡す）
			_view.notifyFromController(value);
			// 自分の表示を更新
			setLabelText(String(value));
		}

// ラベルのテキスト更新
		private function setLabelText(str:String):void {
			label_.text = "Threshold:" + str;
		}
	}

import flash.display.BitmapData;
	import flash.geom.Point;
	/**
	 * BitmapData エフェクト用抽象クラス
	 * @author YOSHIDA, Akio
	 */
	class AbstractEffector {
		/*
		 * BitmapData.applyFilter で destPoint として使用する Point オブジェクト
		 */
		protected const ZERO_POINT:Point = new Point(0, 0);
		
		/*
		 * コンストラクタ
		 */
		public function AbstractEffector() {}
		
		/*
		 * 効果の適用
		 * @param	value	効果をかける BitmapData
		 */
		public function applyEffect(value:BitmapData):BitmapData {
			return effect(value);
		}
		
		/*
		 * 効果内容、具体的なコードはサブクラスで定義する
		 * @param	value	効果をかける BitmapData
		 */
		protected function effect(value:BitmapData):BitmapData {
			return value;
		}
	}

import flash.display.BitmapData;
	import flash.filters.ColorMatrixFilter;
	/**
	 * ColorMatrixFilter による BitmapData のグレイスケール化（NTSC 系加重平均による）
	 * 参考：Foundation ActionScript 3.0 Image Effects(P106)
	 * 		http://www.amazon.co.jp/gp/product/1430218711?ie=UTF8&tag=laxcomplex-22
	 * @author YOSHIDA, Akio (Aquioux)
	 */
	class EffectorGrayScale extends AbstractEffector {
		// ColorMatrixFilter
		private const GRAYSCALE_MATRIX:Array = [
			0.3, 0.59, 0.11, 0, 0,
			0.3, 0.59, 0.11, 0, 0,
			0.3, 0.59, 0.11, 0, 0,
			0,   0,    0,    1, 0
		];
		private const GRAYSCALE_FILTER:ColorMatrixFilter = new ColorMatrixFilter(GRAYSCALE_MATRIX);
		
		
		/*
		 * グレイスケール実行
		 * @param	value	効果をかける BitmapData
		 */
		override protected function effect(value:BitmapData):BitmapData {
			value.applyFilter(value, value.rect, ZERO_POINT, GRAYSCALE_FILTER);
			return value;
		}
	}

import flash.display.BitmapData;
	import flash.filters.BitmapFilterQuality;
	import flash.filters.BlurFilter;
	/**
	 * BlurFilter による平滑化
	 * @author YOSHIDA, Akio (Aquioux)
	 */
	class EffectorSmoothing extends AbstractEffector {
		/*
		 * ぼかしの量
		 * @param	value	数値
		 */
		public function set strength(value:Number):void {
			blurFilter.blurX = blurFilter.blurY = value;
		}
		/*
		 * ぼかしの質
		 * @param	value	数値
		 */
		public function set quality(value:int):void {
			blurFilter.quality = value;
		}
		// ブラーフィルタ
		private var blurFilter:BlurFilter;

public function EffectorSmoothing() {
			blurFilter = new BlurFilter(2, 2, BitmapFilterQuality.MEDIUM);
		}
		
		/*
		 * 平滑化実行
		 * @param	value	効果をかける BitmapData
		 */
		override protected function effect(value:BitmapData):BitmapData {
			value.applyFilter(value, value.rect, ZERO_POINT, blurFilter);
			return value;
		}
	}

import flash.display.BitmapData;
	import flash.geom.Rectangle;
	/**
	 * 二値化
	 * 閾値より大きな値のピクセルは白、それ以外は黒に置き換える
	 * @author YOSHIDA, Akio (Aquioux)
	 */
	class EffectorBinarization extends AbstractEffector {
		
		public function set threshold(value:int):void {
			if (value < 0)   value = 0;
			if (value > 255) value = 255;
			_threshold = value;
		}
		private var _threshold:int = 127;	// 閾値：0 ～ 255
		
		/*
		 * 二値化実行
		 * @param	value	効果をかける BitmapData
		 */
		override protected function effect(value:BitmapData):BitmapData {
			var cloneBitmapData:BitmapData = new BitmapData(value.width, value.height);
			var rect:Rectangle = cloneBitmapData.rect;
			cloneBitmapData = value.clone();
			value.fillRect(rect, 0xFF000000);
			value.threshold(cloneBitmapData, rect, ZERO_POINT, ">", _threshold, 0xFFFFFFFF, 0x000000FF, false);
			return value;
		}
	}

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