视觉基础篇12 # 如何使用滤镜函数实现美颜效果？
Posted 凯小默
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了视觉基础篇12 # 如何使用滤镜函数实现美颜效果？相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
说明
【跟月影学可视化】学习笔记。
如何理解像素化？
像素化
所谓像素化，就是把一个图像看成是由一组像素点组合而成的。每个像素点负责描述图像上的一个点，并且带有这个点的基本绘图信息。
像素点是怎么存储的？
Canvas2D 以 4 个通道来存放每个像素点的颜色信息，每个通道是 8 个比特位，也就是 0~255 的十进制数值，4 个通道对应 RGBA 颜色的四个值。
应用一：实现灰度化图片
什么是灰度化？
灰度化，在RGB模型中，如果R=G=B时，则彩色表示一种灰度颜色，其中R=G=B的值叫灰度值，因此，灰度图像每个像素只需一个字节存放灰度值（又称强度值、亮度值），灰度范围为0-255。
灰度化图片：简单来说就是将一张彩色图片变为灰白色图片。
灰度化的原理
实现思路：先将该图片的每个像素点的 R、G、B 通道的值进行加权平均，然后将这个值作为每个像素点新的 R、G、B 通道值，具体公式如下：
其中 R、G、B 是原图片中的 R、G、B 通道的色值，V 是加权平均色值，a、b、c 是加权系数，满足 (a + b + c) = 1。
用加权平均的计算公式来替换图片的 RGBA 的值。这本质上其实是利用线性方程组改变了图片中每一个像素的 RGB 通道的原色值，将每个通道的色值映射为一个新色值。
灰度化图片的过程
- 加载图片
- 绘制图片到canvas
- 获取 imageData 信息
- 循环处理每个像素的颜色信息
- 最后写入canvas
我们先去找一张图片，等下实现灰度化图片例子需要：https://unsplash.com/photos/QRBuN0wNm-8
我们先了解一下图片的像素信息，图片的全部像素信息会以类型数组（Uint8ClampedArray）的形式保存在 ImageData 对象的 data 属性里，而类型数组的每 4 个元素组成一个像素的信息，这四个元素依次表示该像素的 RGBA 四通道的值，所以它的数据结构如下：
data[0] // 第1行第1列的红色通道值
data[1] // 第1行第1列的绿色通道值
data[2] // 第1行第1列的蓝色通道值
data[3] // 第1行第1列的Alpha通道值
data[4] // 第1行第2列的红色通道值
data[5] // 第1行第2列的绿色通道值
...
代码实现：
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8" />
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
<title>灰度化图片</title>
</head>
<body>
<canvas id="paper" width="0" height="0"></canvas>
<script type="module">
import
loadImage,
getImageData,
traverse,
from "./common/lib/util.js";
const canvas = document.getElementById("paper");
const context = canvas.getContext("2d");
(async function ()
// 异步加载图片
const img = await loadImage(
"https://images.unsplash.com/photo-1666552982368-dd0e2bb96993?ixlib=rb-4.0.3&ixid=MnwxMjA3fDB8MHxwaG90by1wYWdlfHx8fGVufDB8fHx8&auto=format&fit=crop&w=2070&q=80"
);
// 获取图片的 imageData 数据对象
const imageData = getImageData(img);
console.log("imageData---->", imageData);
// 遍历 imageData 数据对象：traverse 函数会自动遍历图片的每个像素点，把获得的像素信息传给参数中的回调函数处理
traverse(imageData, ( r, g, b, a ) =>
// 对每个像素进行灰度化处理
const v = 0.2126 * r + 0.7152 * g + 0.0722 * b;
return [v, v, v, a];
);
// 更新canvas内容
canvas.width = imageData.width;
canvas.height = imageData.height;
// 将数据从已有的 ImageData 对象绘制到位图
context.putImageData(imageData, 0, 0);
)();
</script>
</body>
</html>
抽离的逻辑：/common/lib/util.js
// 异步加载图片
export function loadImage(src)
const img = new Image();
img.crossOrigin = "anonymous";
return new Promise((resolve) =>
img.onload = () =>
resolve(img);
;
img.src = src;
);
const imageDataContext = new WeakMap();
// 获得图片的 imageData 数据
export function getImageData(img, rect = [0, 0, img.width, img.height])
let context;
if (imageDataContext.has(img))
context = imageDataContext.get(img)
else
// OffscreenCanvas 提供了一个可以脱离屏幕渲染的 canvas 对象。它在窗口环境和web worker环境均有效。
const canvas = new OffscreenCanvas(img.width, img.height);
context = canvas.getContext("2d");
context.drawImage(img, 0, 0);
imageDataContext.set(img, context);
console.log("imageDataContext---->", imageDataContext);
// CanvasRenderingContext2D.getImageData() 返回一个ImageData对象，用来描述 canvas 区域隐含的像素数据
return context.getImageData(...rect);
// 循环遍历 imageData 数据
export function traverse(imageData, pass)
const width, height, data = imageData;
// width * height * 4：图片一共是width * height 个像素点，每个像素点有 4 个通道
for (let i = 0; i < width * height * 4; i += 4)
// 除以 255 为了做归一化，接受的是0～1的值，方便矩阵运算
const [r, g, b, a] = pass(
r: data[i] / 255,
g: data[i + 1] / 255,
b: data[i + 2] / 255,
a: data[i + 3] / 255,
index: i,
width,
height,
x: ((i / 4) % width) / width,
y: Math.floor(i / 4 / width) / height,
);
data.set(
[r, g, b, a].map((v) => Math.round(v * 255)),
i
);
return imageData;
应用二：使用像素矩阵通用地改变像素颜色
创建一个 4*5 颜色矩阵，让它的第一行决定红色通道，第二行决定绿色通道，第三行决定蓝色通道，第四行决定 Alpha 通道。
如果要改变一个像素的颜色效果，只需要将该矩阵与像素的颜色向量相乘即可。通常把返回颜色矩阵的函数，一般称为颜色滤镜函数。
灰度化 grayscale 函数
人的视觉对 R、G、B 三色通道的敏感度是不一样的，对绿色敏感度高，所以加权值高，对蓝色敏感度低，所以加权值低。
// 参数 p，它是一个 0~1 的值，表示灰度化的程度，1 是完全灰度化，0 是完全不灰度(原始色彩)。
function grayscale(p = 1)
const r = 0.2126 * p;
const g = 0.7152 * p;
const b = 0.0722 * p;
return [
r + 1 - p, g, b, 0, 0,
r, g + 1 - p, b, 0, 0,
r, g, b + 1 - p, 0, 0,
0, 0, 0, 1, 0,
];
过滤或增强某个颜色通道 channel 函数
function channel(r = 1, g = 1, b = 1)
return[
r, 0,0, 0, 0,
0, g, 0, 0, 0,
0, 0, b, 0, 0,
0, 0, 0, 1, 0,
];
亮度（Brightness）函数
// 改变亮度，p = 0 全暗，p > 0 且 p < 1 调暗，p = 1 原色， p > 1 调亮
function brightness(p)
return [
p, 0, 0, 0, 0,
0, p, 0, 0, 0,
0, 0, p, 0, 0,
0, 0, 0, 1, 0,
];
饱和度（Saturate）函数
// 饱和度，与grayscale正好相反 p = 0 完全灰度化，p = 1 原色，p > 1 增强饱和度
function saturate(p)
const r = 0.212 * (1 - p);
const g = 0.714 * (1 - p);
const b = 0.074 * (1 - p);
return [
r + p, g, b, 0, 0,
r, g + p, b, 0, 0,
r, g, b + p, 0, 0,
0, 0, 0, 1, 0,
];
对比度（Constrast）函数
// 对比度, p = 1 原色， p < 1 减弱对比度，p > 1 增强对比度
function contrast(p)
const d = 0.5 * (1 - p);
return [
p, 0, 0, 0, d,
0, p, 0, 0, d,
0, 0, p, 0, d,
0, 0, 0, 1, 0,
];
透明度（Opacity）函数
// 透明度，p = 0 全透明，p = 1 原色
function opacity(p)
return [
1, 0, 0, 0, 0,
0, 1, 0, 0, 0,
0, 0, 1, 0, 0,
0, 0, 0, p, 0,
];
反色（Invert）函数
// 反色， p = 0 原色， p = 1 完全反色
function invert(p)
const d = 1 - 2 * p;
return [
d, 0, 0, 0, p,
0, d, 0, 0, p,
0, 0, d, 0, p,
0, 0, 0, 1, 0,
];
旋转色相（HueRotate）函数
// 色相旋转，将色调沿极坐标转过deg角度
export function hueRotate(deg)
const rotation = deg / 180 * Math.PI;
const cos = Math.cos(rotation),
sin = Math.sin(rotation),
lumR = 0.213,
lumG = 0.715,
lumB = 0.072;
return [
lumR + cos * (1 - lumR) + sin * (-lumR), lumG + cos * (-lumG) + sin * (-lumG), lumB + cos * (-lumB) + sin * (1 - lumB), 0, 0,
lumR + cos * (-lumR) + sin * (0.143), lumG + cos * (1 - lumG) + sin * (0.140), lumB + cos * (-lumB) + sin * (-0.283), 0, 0,
lumR + cos * (-lumR) + sin * (-(1 - lumR)), lumG + cos * (-lumG) + sin * (lumG), lumB + cos * (1 - lumB) + sin * (lumB), 0, 0,
0, 0, 0, 1, 0,
];
实战：让一张图片变得有“阳光感”
我们使用叠加 channel 函数中的红色通道、brightness 函数和 saturate 函数来实现。
<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
<meta charset="UTF-8" />
<meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge" />
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0" />
<title>让一张图片变得有阳光感</title>
</head>
<body>
<img src="https://images.unsplash.com/photo-1666552982368-dd0e2bb96993?ixlib=rb-4.0.3&ixid=MnwxMjA3fDB8MHxwaG90by1wYWdlfHx8fGVufDB8fHx8&auto=format&fit=crop&w=2070&q=80" alt="">
<canvas id="paper" width="0" height="0"></canvas>
<script type="module">
import
loadImage,
getImageData,
traverse,
from "./common/lib/util.js";
import transformColor, channel, brightness, saturate from "./common/lib/color-matrix.js";
const canvas = document.getElementById("paper");
const context = canvas.getContext("2d");
(async function ()
// 异步加载图片
const img = await loadImage(
"https://images.unsplash.com/photo-1666552982368-dd0e2bb96993?ixlib=rb-4.0.3&ixid=MnwxMjA3fDB8MHxwaG90by1wYWdlfHx8fGVufDB8fHx8&auto=format&fit=crop&w=2070&q=80"
);
// 获取图片的 imageData 数据对象
const imageData = getImageData(img);
console.log("imageData---->", imageData);
// 遍历 imageData 数据对象：traverse 函数会自动遍历图片的每个像素点，把获得的像素信息传给参数中的回调函数处理
traverse(imageData, ( r, g, b, a ) =>
// 将 color 通过颜色矩阵映射成新的色值返回
return transformColor([r, g, b, a],
channel(r: 1.2), // 增强红色通道
brightness(1.2), // 增强亮度
saturate(1.2), // 增强饱和度
);
);<以上是关于视觉基础篇12 # 如何使用滤镜函数实现美颜效果？的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章