canvas 基础之图像处理的使用

前些日子，前辈推荐了一个有趣的项目 —— Real-Time-Person-Removal ，这个项目使用了 TensorFlow.js ，以及 canvas 中的图像处理实现视频中的人物消失。借此机会，复习下 canvas 基础中的图像处理。

基础 API

canvas 的图像处理能力通过 ImageData 对象来处理像素数据。主要的 API 如下：

• createImageData()：创建一个空白的 ImageData 对象
• getImageData()：获取画布像素数据，每一个像素点有 4 个值 —— rgba
• putImageData()：将像素数据写入画布

 

imageData = {
  width: Number,
  height: Number,
  data: Uint8ClampedArray
}

width 是 canvas 画布的宽或者说 x 轴的像素数量；height 是画布的高或者说 y 轴的像素数量；data 是画布的像素数据数组，总长度 w * h * 4，每 4 个值（rgba）代表一个像素。

对图片的处理

下面，我们通过几个例子来看下 canvas 基础的图片处理能力。

原图效果：

const cvs = document.getElementById("canvas");
const ctx = cvs.getContext("2d");
const img = new Image();
img.src="图片 URL";
img.onload = function () {
  ctx.drawImage(img, 0, 0, w, h);
}

底片/负片效果

算法：将 255 与像素点的 rgb 的差，作为当前值。

function negative(x) {
  let y = 255 - x;
  return y;
}

效果图：

const imageData =  ctx.getImageData(0, 0, w, h);
const { data } = imageData;
let l = data.length;
for(let i = 0; i < l; i+=4) {
  const r = data[i];
  const g = data[i + 1];
  const b = data[i + 2];
  data[i] = negative(r);
  data[i + 1] = negative(g);
  data[i + 2] = negative(b);
}
ctx.putImageData(imageData, 0, 0);

单色效果

单色效果就是保留当前像素的 rgb 3个值中的一个，去除其他色值。

for(let i = 0; i < l; i+=4) { // 去除了 r 、g 的值
  data[i] = 0;
  data[i + 1] = 0;
}

效果图：

 

灰度图

灰度图：每个像素只有一个色值的图像。0 到 255 的色值，颜色由黑变白。

for(let i = 0; i < l; i+=4) {
  const r = data[i];
  const g = data[i + 1];
  const b = data[i + 2];
  const gray = grayFn(r, g, b);
  data[i] = gray;
  data[i + 1] = gray;
  data[i + 2] = gray;
}

算法1——平均法：

const gray = (r + g + b) / 3;

效果图：

 

算法2——人眼感知：根据人眼对红绿蓝三色的感知程度：绿 > 红 > 蓝，给定权重划分

const gray = r * 0.3 + g * 0.59 + b * 0.11

效果图：

除此以外，还有：

取最大值或最小值。

const grayMax = Math.max(r, g, b); // 值偏大，较亮
const grayMin = Math.min(r, g, b); // 值偏小，较暗

取单一通道，即 rgb 3个值中的一个。

 二值图

算法：确定一个色值，比较当前的 rgb 值，大于这个值显示黑色，否则显示白色。

for(let i = 0; i < l; i+=4) {
  const r = data[i];
  const g = data[i + 1];
  const b = data[i + 2];
  const gray = gray1(r, g, b);
  const binary = gray > 126 ? 255 : 0;
  data[i] = binary;
  data[i + 1] = binary;
  data[i + 2] = binary;
}

效果图：

 

高斯模糊

高斯模糊是“模糊”算法中的一种，每个像素的值都是周围相邻像素值的加权平均。原始像素的值有最大的高斯分布值（有最大的权重），相邻像素随着距离原始像素越来越远，权重也越来越小。

一阶公式：

（使用一阶公式是因为一阶公式的算法比较简单）

const radius = 5; // 模糊半径
const weightMatrix = generateWeightMatrix(radius); // 权重矩阵
for(let y = 0; y < h; y++) {
  for(let x = 0; x < w; x++) {
    let [r, g, b] = [0, 0, 0];
    let sum = 0;
    let k = (y * w + x) * 4;
    for(let i = -radius; i <= radius; i++) {
      let x1 = x + i;
      if(x1 >= 0 && x1 < w) {
      let j = (y * w + x1) * 4;
      r += data[j] * weightMatrix[i + radius];
      g += data[j + 1] * weightMatrix[i + radius];
      b += data[j + 2] * weightMatrix[i + radius];
      sum += weightMatrix[i + radius];
      }
    }
    data[k] = r / sum;
    data[k + 1] = g / sum;
    data[k + 2] = b / sum;
  }
}
for(let x = 0; x < w; x++) {
  for(let y = 0; y < h; y++) {
    let [r, g, b] = [0, 0, 0];
    let sum = 0;
    let k = (y * w + x) * 4;
    for(let i = -radius; i <= radius; i++) {
      let y1 = y + i;
      if(y1 >= 0 && y1 < h) {
        let j = (y1 * w + x) * 4;
        r += data[j] * weightMatrix[i + radius];
        g += data[j + 1] * weightMatrix[i + radius];
        b += data[j + 2] * weightMatrix[i + radius];
        sum += weightMatrix[i + radius];
      }
    }
    data[k] = r / sum;
    data[k + 1] = g / sum;
    data[k + 2] = b / sum;
  }
}
function generateWeightMatrix(radius = 1, sigma) { // sigma 正态分布的标准偏差
  const a = 1 / (Math.sqrt(2 * Math.PI) * sigma);
  const b = - 1 / (2 * Math.pow(sigma, 2));
  let weight, weightSum = 0, weightMatrix = [];
  for (let i = -radius; i <= radius; i++){
    weight = a * Math.exp(b * Math.pow(i, 2));
    weightMatrix.push(weight);
    weightSum += weight;
  }
  return weightMatrix.map(item => item / weightSum); // 归一处理
}

效果图：

 

其他效果

这里再简单介绍下其他的图像效果处理，因为例子简单重复，所以不再给出代码和效果图。

• 亮度调整：将 rgb 值，分别加上一个给定值。
• 透明化处理：改变 rgba 值中的 a 值。
• 对比度增强：将 rgb 值分别乘以 2，然后再减去一个给定值。

总结

好了，上面就是一些基础的图像处理算法。

参考资料

高斯模糊的算法
高斯模糊

到此这篇关于canvas 基础之图像处理的使用的文章就介绍到这了,更多相关canvas 图像处理内容请搜索三水点靠木以前的文章或继续浏览下面的相关文章，希望大家以后多多支持三水点靠木！