C++/Qt Image.mirror実践：画像反転処理の基本と応用テクニック

「Image.mirror」は、Qtの画像処理機能の一部で、QImage オブジェクトに対して鏡像（きょうぞう）、つまり左右反転または上下反転の処理を行うためのメソッドです。

具体的には、QImage クラスが持つ関数の一つで、画像を水平方向（左右）または垂直方向（上下）に反転させた新しい QImage オブジェクトを返します。元の QImage オブジェクト自体は変更されません。

このメソッドは、以下のように呼び出します。

mirrored_image = original_image.mirrored(horizontal=True, vertical=False)

または

mirrored_image = original_image.mirrored(True, False) # 省略形

ここで、

• 片方だけ True に、もう片方を False にすると、指定した方向のみに反転が行われます。
• 両方を True にすると、水平方向と垂直方向の両方が反転され、画像は180度回転したような結果になります。
• vertical: True を指定すると、画像は**垂直方向（上下）**に反転されます。
• horizontal: True を指定すると、画像は**水平方向（左右）**に反転されます。

例えば、写真に写った文字が鏡に映ったように左右反転してしまっている場合に、この Image.mirror を horizontal=True で適用することで、正しい向きに戻すことができます。

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QImage オブジェクトが有効でない（Null Image の場合）

• トラブルシューティング
  
  • QImage オブジェクトが有効な画像データを保持しているかを確認してください。isNull() メソッドを使ってチェックできます。
  • 画像ファイルのパスが正しいか、ファイルが存在するかを確認してください。
  • 画像フォーマットが Qt でサポートされているかを確認してください。
  • 画像のロード処理でエラーが発生していないかを確認してください（例えば、QImageReader の errorString() メソッドでエラーメッセージを取得できます）。
• エラー
  QImage オブジェクトが適切にロードされていないか、生成に失敗している場合に、mirrored() メソッドを呼び出すと、不正なメモリアクセスやプログラムのクラッシュを引き起こす可能性があります。

期待した反転方向と異なる

• トラブルシューティング
  
  • どの方向に反転させたいのかを明確にし、horizontal=True (左右反転) または vertical=True (上下反転) を適切に設定してください。
  • 両方を True にすると、左右と上下の両方が反転することに注意してください。
• エラー
  mirrored() メソッドの horizontal および vertical パラメータの設定を間違えると、意図しない方向に画像が反転してしまいます。

元の QImage オブジェクトが変更されていると誤解している

• トラブルシューティング
  
  • 反転後の画像を使用したい場合は、mirrored() メソッドの戻り値である新しい QImage オブジェクトを使用してください。
  • 元の画像を保持したまま、反転した画像を別途扱いたい場合に便利です。
• 誤解
  mirrored() メソッドは、元の QImage オブジェクトを直接変更するのではなく、反転された新しい QImage オブジェクトを返します。

パフォーマンスの問題（大きな画像の場合）

• トラブルシューティング
  
  • 必要以上に mirrored() を呼び出さないように、処理のタイミングを見直してください。
  • 反転処理の結果をキャッシュするなど、最適化を検討してください。
  • 画像のサイズが極端に大きい場合は、必要に応じてリサイズなどの前処理を行うことも有効です。
• 懸念
  非常に大きな画像に対して mirrored() を頻繁に呼び出すと、パフォーマンスに影響が出る可能性があります。

他の画像処理との組み合わせによる問題

• トラブルシューティング
  
  • 画像処理の順序を慎重に検討し、意図した結果になるように処理フローを組み立ててください。
  • 各処理の前後で画像の状態を確認しながらデバッグを進めることが重要です。
• エラー
  mirrored() の後に他の画像処理（回転、拡大縮小など）を行う場合、処理の順序によっては期待通りの結果が得られないことがあります。

• トラブルシューティング
  
  • 画像処理を別スレッドで行う場合は、QtConcurrent などの仕組みを利用して安全に処理を行い、結果を GUI スレッドに適切に通知するようにしてください。
• 潜在的な問題
  QImage オブジェクトは GUI スレッドで操作することが推奨されています。別のスレッドで画像処理を行う場合は、スレッド間のデータの受け渡しや同期に注意が必要です。

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PyQt (Python) の例

from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QLabel, QWidget, QVBoxLayout
from PyQt5.QtGui import QImage, QPixmap
import sys

def mirror_image_example():
    app = QApplication(sys.argv)
    window = QWidget()
    layout = QVBoxLayout()

    # 画像をロード
    try:
        original_image = QImage("your_image.png") # ここに画像のパスを指定
        if original_image.isNull():
            print("画像のロードに失敗しました。")
            return
    except Exception as e:
        print(f"エラーが発生しました: {e}")
        return

    # 水平方向に反転
    mirrored_horizontal = original_image.mirrored(horizontal=True, vertical=False)
    label_horizontal = QLabel()
    label_horizontal.setPixmap(QPixmap.fromImage(mirrored_horizontal))
    layout.addWidget(label_horizontal)

    # 垂直方向に反転
    mirrored_vertical = original_image.mirrored(horizontal=False, vertical=True)
    label_vertical = QLabel()
    label_vertical.setPixmap(QPixmap.fromImage(mirrored_vertical))
    layout.addWidget(label_vertical)

    # 水平・垂直両方向に反転
    mirrored_both = original_image.mirrored(horizontal=True, vertical=True)
    label_both = QLabel()
    label_both.setPixmap(QPixmap.fromImage(mirrored_both))
    layout.addWidget(label_both)

    window.setLayout(layout)
    window.setWindowTitle("Image Mirror Example")
    window.show()
    sys.exit(app.exec_())

if __name__ == '__main__':
    mirror_image_example()

コードの説明 (PyQt)

1. 必要なモジュールのインポート
   QApplication, QLabel, QWidget, QVBoxLayout, QImage, QPixmap, sys をインポートします。
2. mirror_image_example 関数
   メインの処理を行う関数です。
3. QApplication の作成
   Qt アプリケーションのインスタンスを作成します。
4. ウィンドウとレイアウトの作成
   QWidget と QVBoxLayout を作成して、ウィジェットを垂直に配置できるようにします。
5. 画像のロード
   QImage("your_image.png") で指定したパスの画像をロードします。isNull() でロードが成功したか確認します。
6. 水平方向の反転
   original_image.mirrored(horizontal=True, vertical=False) で水平方向に反転した新しい QImage オブジェクトを作成します。
7. QLabel に表示
   反転した QImage を QPixmap に変換し、QLabel に設定して画面に表示します。
8. 垂直方向の反転
   同様に original_image.mirrored(horizontal=False, vertical=True) で垂直方向に反転させ、QLabel に表示します。
9. 水平・垂直両方向の反転
   original_image.mirrored(horizontal=True, vertical=True) で両方向に反転させ、QLabel に表示します。
10. レイアウトの設定とウィンドウの表示
    レイアウトをウィンドウに設定し、タイトルを設定してウィンドウを表示します。
11. アプリケーションの実行
    app.exec_() で Qt アプリケーションのイベントループを開始します。

C++ の例

#include <QApplication>
#include <QLabel>
#include <QWidget>
#include <QVBoxLayout>
#include <QImage>
#include <QPixmap>

int main(int argc, char *argv[]) {
    QApplication app(argc, argv);
    QWidget window;
    QVBoxLayout layout(&window);

    // 画像をロード
    QImage originalImage("your_image.png"); // ここに画像のパスを指定
    if (originalImage.isNull()) {
        qDebug() << "画像のロードに失敗しました。";
        return 1;
    }

    // 水平方向に反転
    QImage mirroredHorizontal = originalImage.mirrored(true, false);
    QLabel labelHorizontal;
    labelHorizontal.setPixmap(QPixmap::fromImage(mirroredHorizontal));
    layout.addWidget(&labelHorizontal);

    // 垂直方向に反転
    QImage mirroredVertical = originalImage.mirrored(false, true);
    QLabel labelVertical;
    labelVertical.setPixmap(QPixmap::fromImage(mirroredVertical));
    layout.addWidget(&labelVertical);

    // 水平・垂直両方向に反転
    QImage mirroredBoth = originalImage.mirrored(true, true);
    QLabel labelBoth;
    labelBoth.setPixmap(QPixmap::fromImage(mirroredBoth));
    layout.addWidget(&labelBoth);

    window.setLayout(&layout);
    window.setWindowTitle("Image Mirror Example");
    window.show();

    return app.exec();
}

コードの説明 (C++)

1. ヘッダーファイルのインクルード
   必要な Qt のヘッダーファイルをインクルードします。
2. main 関数
   C++ プログラムのエントリーポイントです。
3. QApplication の作成
   Qt アプリケーションのインスタンスを作成します。
4. ウィンドウとレイアウトの作成
   QWidget と QVBoxLayout を作成して、ウィジェットを垂直に配置できるようにします。
5. 画像のロード
   QImage("your_image.png") で指定したパスの画像をロードします。isNull() でロードが成功したか確認します。
6. 水平方向の反転
   originalImage.mirrored(true, false) で水平方向に反転した新しい QImage オブジェクトを作成します。
7. QLabel に表示
   反転した QImage を QPixmap::fromImage() で QPixmap に変換し、QLabel に設定して画面に表示します。
8. 垂直方向の反転
   同様に originalImage.mirrored(false, true) で垂直方向に反転させ、QLabel に表示します。
9. 水平・垂直両方向の反転
   originalImage.mirrored(true, true) で両方向に反転させ、QLabel に表示します。
10. レイアウトの設定とウィンドウの表示
    レイアウトをウィンドウに設定し、タイトルを設定してウィンドウを表示します。
11. アプリケーションの実行
    app.exec() で Qt アプリケーションのイベントループを開始します。

• C++ の例をコンパイルするには、Qt の開発環境がセットアップされている必要があります。.pro ファイルを作成し、qmake と make を使用してビルドします。
• PyQt の例を実行するには、PyQt5 がインストールされている必要があります (pip install PyQt5).
• 上記のコードを実行するには、your_image.png という名前の画像ファイルが、実行ファイルと同じディレクトリに存在するか、正しいパスが指定されている必要があります。

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ピクセル単位での操作

• 欠点
  実装が複雑になりやすく、パフォーマンスも最適化が必要となる場合があります。
• 利点
  より細かい制御が可能で、反転処理と同時に他のピクセル操作を組み合わせることができます。
• 方法
  
  • bits() メソッドや scanLine() メソッドで画像データの生ポインタを取得します。
  • 画像の幅と高さに基づいて、ピクセルを順番に処理し、反転後の対応する位置に値を書き込みます。
  • 水平反転の場合は、各行のピクセルの左右を入れ替えます。
  • 垂直反転の場合は、上下の行のピクセルデータを入れ替えます。

PyQt (Python) での例 (水平反転)

from PyQt5.QtGui import QImage

def mirror_horizontal_pixels(image: QImage) -> QImage:
    width = image.width()
    height = image.height()
    mirrored = QImage(width, height, image.format())
    for y in range(height):
        for x in range(width):
            mirrored.setPixel(width - 1 - x, y, image.pixel(x, y))
    return mirrored

# 画像をロードして適用する例 (上記サンプルコードと同様に QLabel などで表示)

C++ での例 (水平反転)

#include <QImage>

QImage mirrorHorizontalPixels(const QImage& image) {
    int width = image.width();
    int height = image.height();
    QImage mirrored(width, height, image.format());
    for (int y = 0; y < height; ++y) {
        for (int x = 0; x < width; ++x) {
            mirrored.setPixel(width - 1 - x, y, image.pixel(x, y));
        }
    }
    return mirrored;
}

// 画像をロードして適用する例 (上記サンプルコードと同様に QLabel などで表示)

QTransform の利用

• 欠点
  直接的なピクセル操作に比べると、パフォーマンスがわずかに劣る可能性があります。
• 利点
  比較的簡単に実装でき、他の変換と組み合わせることも容易です。
• 方法
  
  • 水平反転の場合は、水平方向のスケールを -1 に設定した QTransform オブジェクトを作成し、画像の中心を軸に適用します。
  • 垂直反転の場合は、垂直方向のスケールを -1 に設定した QTransform オブジェクトを作成し、画像の中心を軸に適用します。
  • QPainter を使用して、変換を適用した状態で画像を描画します。

PyQt (Python) での例 (水平反転)

from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QLabel, QWidget, QVBoxLayout
from PyQt5.QtGui import QImage, QPixmap, QPainter, QTransform
import sys

def mirror_horizontal_transform(image: QImage) -> QImage:
    width = image.width()
    height = image.height()
    mirrored = QImage(width, height, image.format())
    painter = QPainter(mirrored)
    transform = QTransform().scale(-1, 1).translate(-width, 0)
    painter.setTransform(transform)
    painter.drawImage(0, 0, image)
    painter.end()
    return mirrored

# 画像をロードして適用する例 (上記サンプルコードと同様に QLabel などで表示)

C++ での例 (水平反転)

#include <QApplication>
#include <QLabel>
#include <QWidget>
#include <QVBoxLayout>
#include <QImage>
#include <QPixmap>
#include <QPainter>
#include <QTransform>

QImage mirrorHorizontalTransform(const QImage& image) {
    int width = image.width();
    int height = image.height();
    QImage mirrored(width, height, image.format());
    QPainter painter(&mirrored);
    QTransform transform;
    transform.scale(-1, 1);
    transform.translate(-width, 0);
    painter.setTransform(transform);
    painter.drawImage(0, 0, image);
    painter.end();
    return mirrored;
}

// 画像をロードして適用する例 (上記サンプルコードと同様に QLabel などで表示)

グラフィックスタックの利用 (OpenGL など)

• 欠点
  実装が複雑になり、OpenGL の知識が必要です。Qt Quick (QML) を使用している場合は、ShaderEffect などを利用することも考えられます。
• 利点
  高度な視覚効果やパフォーマンスの最適化が可能です。
• 方法
  
  • 画像をテクスチャとしてロードします。
  • 描画時に、テクスチャ座標を反転させるように設定します。

• 高度なグラフィック処理やパフォーマンスが重要な場合
  OpenGL などのグラフィックスタックの利用を検討します。
• 他の変換との組み合わせや比較的簡単な実装
  QTransform の利用が便利です。
• ピクセル単位での細かな操作や他の処理との組み合わせ
  ピクセルデータを直接操作する方法が適しています。
• 単純な反転処理
  Image.mirror が最も簡便で効率的です。