【C#】一次微分フィルタで画像の輪郭抽出

C#と一次微分フィルタを用いて、画像の輪郭を抽出する方法について紹介します。

## 一次微分フィルタでエッジ検出（C#）

一次微分フィルタは、画像から輪郭を抽出する空間フィルタです。
一次微分を計算することで、注目画素の左右・上下の画素値の変化の傾きが求まります。
画像の輪郭は画素値の変化が大きいため、微分した画素値が大きい箇所が輪郭となります。

■入力画像（左）、出力画像（右）

出力画像を見ると、輪郭の部分が白くなっている、つまり画素値が大きいことがわかります。

今回はこれをC#で実装してみました。

## ソースコード

プログラムのソースコードです。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Drawing;
using System.Drawing.Imaging;


namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            // 画像の読み込み(グレースケールに変換)
            byte[,] img = LoadImageGray("src.jpg");

            // フィルタ用のカーネル
            const int kernelSize = 3; // カーネルサイズ
            double[,] kernel = new double[kernelSize, kernelSize]{
                                {0.0, -1.0, 0.0},
                                {-1.0, 0.0, 1.0},
                                {0.0,  1.0, 0.0}};

            // フィルタ処理
            byte[,] img2 = Filter(img, kernel);
            // 画像保存
            SaveImage(img2, "dst.jpg");
        }

        // 画像をグレースケール変換して読み込み
        static byte[,] LoadImageGray(string filename)
        {
            Bitmap img = new Bitmap(filename);
            int w = img.Width;
            int h = img.Height;
            byte[,] dst = new byte[w, h];

            // bitmapクラスの画像ピクセル値を配列に挿入
            for (int i = 0; i < h; i++)
            {
                for (int j = 0; j < w; j++)
                {
                    // グレイスケールに変換
                    dst[j, i] = (byte)((img.GetPixel(j, i).R + img.GetPixel(j, i).B + img.GetPixel(j, i).G) / 3);
                }
            }
            return dst;
        }

        static void SaveImage(byte[,] src, string filename)
        {
            // 画像の幅・高さ
            int w = src.GetLength(0);
            int h = src.GetLength(1);

            Bitmap img = new Bitmap(w, h);

            // ピクセル値のセット
            for (int i = 0; i < h; i++)
            {
                for (int j = 0; j < w; j++)
                {
                    img.SetPixel(j, i, Color.FromArgb(src[j, i], src[j, i], src[j, i]));
                }
            }

            // 画像の保存
            img.Save(filename);
        }
        static byte[,] Filter(byte[,] src, double[,] kernel)
        {
            // 画像の幅・高さ
            int w = src.GetLength(0);
            int h = src.GetLength(1);

            // カーネルサイズ
            int kernelSize = kernel.GetLength(0);

            // 出力画像用の配列
            byte[,] dst = new byte[w, h];

            // 畳み込み処理
            for (int i = 0; i < h; i++)
            {
                for (int j = 0; j < w; j++)
                {
                    double sum = 0;
                    for (int k = -kernelSize / 2; k <= kernelSize / 2; k++)
                    {
                        for (int n = -kernelSize / 2; n <= kernelSize / 2; n++)
                        {
                            if (j + n >= 0 && j + n < w && i + k >= 0 && i + k < h)
                            {
                                sum += src[j + n, i + k] * kernel[n + kernelSize / 2, k + kernelSize / 2];
                            }
                        }
                    }

                    dst[j, i] = Double2Byte(sum);
                }
            }
            return dst;
        }

        // double型をbyte型に変換
        static byte Double2Byte(double num)
        {
            if (num > 255.0) return 255;
            else if (num < 0) return 0;
            else return (byte)num;
        }
    }
}