Wie extrahiere ich Pixeldaten effizient als Integer-Array aus einem BufferedImage in Java?

So extrahieren Sie Pixeldaten als ganzzahliges Array aus einem Bild in Java

BufferedImage bietet verschiedene Methoden für die Arbeit mit Pixeldaten. Einige dieser Methoden sind jedoch möglicherweise nicht optimal für den effizienten Zugriff auf Pixelinformationen. Es gibt zwei Hauptansätze zum Extrahieren von Pixeldaten in Java:

1. Verwendung der getRGB()-Methode von BufferedImage:

   Diese Methode ruft Pixelfarben als ganze Zahlen ab Kombinieren Sie Alpha-, Rot-, Grün- und Blauwerte. Dieser Ansatz ist zwar praktisch, aber langsamer, da er die Dekodierung der Farbinformationen und deren Neuanordnung in separaten Kanälen erfordert.

2. Direkter Zugriff auf das Pixel-Array:

   Um direkt auf das Pixel-Array zuzugreifen, können Sie den folgenden Code verwenden:

   byte[] pixels = ((DataBufferByte) bufferedImage.getRaster().getDataBuffer()).getData();

   Diese Methode bietet Rohzugriff auf die roten, grünen und Blauwerte für jedes Pixel. Wenn ein Alphakanal vorhanden ist, wird dieser ebenfalls in das Byte-Array aufgenommen. Obwohl diese Methode komplexere Indexberechnungen erfordert, ist sie deutlich schneller als die Verwendung von getRGB().

Leistungsvergleich

Benchmarks zeigen einen deutlichen Unterschied in der Verarbeitungszeit zwischen den beiden Ansätzen. Der Wechsel von getRGB() zum direkten Array-Zugriff führte zu einer Geschwindigkeitsverbesserung von über 90 % bei der Verarbeitung großer Bilder. Hier ist ein Beispielcode zum Vergleich der Leistung:

import java.awt.image.BufferedImage;
import java.awt.image.DataBufferByte;
import java.io.IOException;

public class PerformanceComparison {

    public static void main(String[] args) throws IOException {
        BufferedImage image = ImageIO.read(PerformanceComparison.class.getResource("large_image.jpg"));

        // Using getRGB()
        long startTime = System.nanoTime();
        int[][] resultRGB = convertTo2DUsingGetRGB(image);
        long endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("getRGB(): " + toString(endTime - startTime));

        // Using direct array access
        startTime = System.nanoTime();
        int[][] resultArray = convertTo2DWithoutUsingGetRGB(image);
        endTime = System.nanoTime();
        System.out.println("Direct Array Access: " + toString(endTime - startTime));
    }

    private static int[][] convertTo2DUsingGetRGB(BufferedImage image) {
        int width = image.getWidth();
        int height = image.getHeight();
        int[][] result = new int[height][width];

        for (int row = 0; row < height; row++) {
            for (int col = 0; col < width; col++) {
                result[row][col] = image.getRGB(col, row);
            }
        }

        return result;
    }

    private static int[][] convertTo2DWithoutUsingGetRGB(BufferedImage image) {
        final byte[] pixels = ((DataBufferByte) image.getRaster().getDataBuffer()).getData();
        final int width = image.getWidth();
        final int height = image.getHeight();
        int[][] result = new int[height][width];

        int index = 0;
        for (int y = 0; y < height; y++) {
            for (int x = 0; x < width; x++) {
                int alpha = pixels[index++] & 0xFF;
                int blue = pixels[index++] & 0xFF;
                int green = pixels[index++] & 0xFF;
                int red = pixels[index++] & 0xFF;
                result[y][x] = (alpha << 24) | (blue << 16) | (green << 8) | red;
            }
        }

        return result;
    }

    private static String toString(long nanos) {
        return String.format("%d min %d s %d ms", nanos / 60000000000L, (nanos % 60000000000L) / 1000000000L, (nanos % 1000000000L) / 1000000L);
    }
}

Denken Sie daran, dass der beste Ansatz zum Extrahieren von Pixeldaten von Ihren spezifischen Anforderungen sowie der Größe und Komplexität der Bilder abhängt, mit denen Sie arbeiten.

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