iOS-去除图片中指定范围内颜色的三种方式

实际项目场景:去除图片的纯白色背景图,获得一张透明底图片用于拼图功能

介绍两种途径的三种处理方式(不知道为啥想起了孔乙己),具体性能鶸并未对比,如果有大佬能告知,不胜感激。

  • Core Image
  • Core Graphics/Quarz 2D

Core Image

Core Image是一个很强大的框架。它可以让你简单地应用各种滤镜来处理图像,比如修改鲜艳程度,色泽,或者曝光。 它利用GPU(或者CPU)来非常快速、甚至实时地处理图像数据和视频的帧。并且隐藏了底层图形处理的所有细节,通过提供的API就能简单的使用了,无须关心OpenGL或者OpenGL ES是如何充分利用GPU的能力的,也不需要你知道GCD在其中发挥了怎样的作用,Core Image处理了全部的细节。

Chroma Key Filter

在苹果官方文档Core Image Programming Guide中,提到了Chroma Key Filter Recipe对于处理背景的范例

其中使用了HSV颜色模型,因为HSV模型,对于颜色范围的表示,相比RGB更加友好。

大致过程处理过程:

  1. 创建一个映射希望移除颜色值范围的立方体贴图cubeMap,将目标颜色的Alpha置为0.0f
  2. 使用CIColorCube滤镜和cubeMap对源图像进行颜色处理
  3. 获取到经过CIColorCube处理的Core Image对象CIImage,转换为Core Graphics中的CGImageRef对象,通过imageWithCGImage:获取结果图片

注意:第三步中,不可以直接使用imageWithCIImage:,因为得到的并不是一个标准的UIImage,如果直接拿来用,会出现不显示的情况。

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- (UIImage *)removeColorWithMinHueAngle:(float)minHueAngle maxHueAngle:(float)maxHueAngle image:(UIImage *)originalImage{
CIImage *image = [CIImage imageWithCGImage:originalImage.CGImage];
CIContext *context = [CIContext contextWithOptions:nil];// kCIContextUseSoftwareRenderer : CPURender
/** 注意
* UIImage 通过CIimage初始化,得到的并不是一个通过类似CGImage的标准UIImage
* 所以如果不用context进行渲染处理,是没办法正常显示的
*/
CIImage *renderBgImage = [self outputImageWithOriginalCIImage:image minHueAngle:minHueAngle maxHueAngle:maxHueAngle];
CGImageRef renderImg = [context createCGImage:renderBgImage fromRect:image.extent];
UIImage *renderImage = [UIImage imageWithCGImage:renderImg];
return renderImage;
}
struct CubeMap {
int length;
float dimension;
float *data;
};
- (CIImage *)outputImageWithOriginalCIImage:(CIImage *)originalImage minHueAngle:(float)minHueAngle maxHueAngle:(float)maxHueAngle{
struct CubeMap map = createCubeMap(minHueAngle, maxHueAngle);
const unsigned int size = 64;
// Create memory with the cube data
NSData *data = [NSData dataWithBytesNoCopy:map.data
length:map.length
freeWhenDone:YES];
CIFilter *colorCube = [CIFilter filterWithName:@"CIColorCube"];
[colorCube setValue:@(size) forKey:@"inputCubeDimension"];
// Set data for cube
[colorCube setValue:data forKey:@"inputCubeData"];
[colorCube setValue:originalImage forKey:kCIInputImageKey];
CIImage *result = [colorCube valueForKey:kCIOutputImageKey];
return result;
}
struct CubeMap createCubeMap(float minHueAngle, float maxHueAngle) {
const unsigned int size = 64;
struct CubeMap map;
map.length = size * size * size * sizeof (float) * 4;
map.dimension = size;
float *cubeData = (float *)malloc (map.length);
float rgb[3], hsv[3], *c = cubeData;
for (int z = 0; z < size; z++){
rgb[2] = ((double)z)/(size-1); // Blue value
for (int y = 0; y < size; y++){
rgb[1] = ((double)y)/(size-1); // Green value
for (int x = 0; x < size; x ++){
rgb[0] = ((double)x)/(size-1); // Red value
rgbToHSV(rgb,hsv);
// Use the hue value to determine which to make transparent
// The minimum and maximum hue angle depends on
// the color you want to remove
float alpha = (hsv[0] > minHueAngle && hsv[0] < maxHueAngle) ? 0.0f: 1.0f;
// Calculate premultiplied alpha values for the cube
c[0] = rgb[0] * alpha;
c[1] = rgb[1] * alpha;
c[2] = rgb[2] * alpha;
c[3] = alpha;
c += 4; // advance our pointer into memory for the next color value
}
}
}
map.data = cubeData;
return map;
}

rgbToHSV在官方文档中并没有提及,笔者在下文中提到的大佬的博客中找到了相关转换处理。感谢

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void rgbToHSV(float *rgb, float *hsv) {
float min, max, delta;
float r = rgb[0], g = rgb[1], b = rgb[2];
float *h = hsv, *s = hsv + 1, *v = hsv + 2;
min = fmin(fmin(r, g), b );
max = fmax(fmax(r, g), b );
*v = max;
delta = max - min;
if( max != 0 )
*s = delta / max;
else {
*s = 0;
*h = -1;
return;
}
if( r == max )
*h = ( g - b ) / delta;
else if( g == max )
*h = 2 + ( b - r ) / delta;
else
*h = 4 + ( r - g ) / delta;
*h *= 60;
if( *h < 0 )
*h += 360;
}

接下来我们试一下,去除绿色背景的效果如何

我们可以通过使用HSV工具,确定绿色HUE值的大概范围为50-170

调用一下方法试一下

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[[SPImageChromaFilterManager sharedManager] removeColorWithMinHueAngle:50 maxHueAngle:170 image:[UIImage imageWithContentsOfFile:[[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"nb" ofType:@"jpeg"]]]

效果

效果还可以的样子。

如果认真观察HSV模型的同学也许会发现,我们通过指定色调角度(Hue)的方式,对于指定灰白黑显得无能为力。我们不得不去用饱和度(Saturation)和明度(Value)去共同判断,感兴趣的同学可以在代码中判断Alphafloat alpha = (hsv[0] > minHueAngle && hsv[0] < maxHueAngle) ? 0.0f: 1.0f;那里试一下效果。(至于代码中为啥RGB和HSV这么转换,请百度他们的转换,因为鶸笔者也不懂。哎,鶸不聊生)

对于Core Image感兴趣的同学,请移步大佬的系列文章

iOS8 Core Image In Swift:自动改善图像以及内置滤镜的使用
iOS8 Core Image In Swift:更复杂的滤镜
iOS8 Core Image In Swift:人脸检测以及马赛克
iOS8 Core Image In Swift:视频实时滤镜

Core Graphics/Quarz 2D

上文中提到的基于OpenGlCore Image显然功能十分强大,作为视图另一基石的Core Graphics同样强大。对他的探究,让鶸笔者更多的了解到图片的相关知识。所以在此处总结,供日后查阅。

如果对探究不感兴趣的同学,请直接跳到文章最后 Masking an Image with Color 部分

Bitmap

侵删
Quarz 2D官方文档中,对于BitMap有如下描述

A bitmap image (or sampled image) is an array of pixels (or samples). Each pixel represents a single point in the image. JPEG, TIFF, and PNG graphics files are examples of bitmap images.

32-bit and 16-bit pixel formats for CMYK and RGB color spaces in Quartz 2D
32-bit and 16-bit pixel formats for CMYK and RGB color spaces in Quartz 2D

回到我们的需求,对于去除图片中的指定颜色,如果我们能够读取到每个像素上的RGBA信息,分别判断他们的值,如果符合目标范围,我们将他的Alpha值改为0,然后输出成新的图片,那么我们就实现了类似上文中cubeMap的处理方式。

强大的Quarz 2D为我们提供了实现这种操作的能力,下面请看代码示例:

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- (UIImage *)removeColorWithMaxR:(float)maxR minR:(float)minR maxG:(float)maxG minG:(float)minG maxB:(float)maxB minB:(float)minB image:(UIImage *)image{
// 分配内存
const int imageWidth = image.size.width;
const int imageHeight = image.size.height;
size_t bytesPerRow = imageWidth * 4;
uint32_t* rgbImageBuf = (uint32_t*)malloc(bytesPerRow * imageHeight);
// 创建context
CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();// 色彩范围的容器
CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(rgbImageBuf, imageWidth, imageHeight, 8, bytesPerRow, colorSpace,kCGBitmapByteOrder32Little | kCGImageAlphaNoneSkipLast);
CGContextDrawImage(context, CGRectMake(0, 0, imageWidth, imageHeight), image.CGImage);
// 遍历像素
int pixelNum = imageWidth * imageHeight;
uint32_t* pCurPtr = rgbImageBuf;
for (int i = 0; i < pixelNum; i++, pCurPtr++)
{
uint8_t* ptr = (uint8_t*)pCurPtr;
if (ptr[3] >= minR && ptr[3] <= maxR &&
ptr[2] >= minG && ptr[2] <= maxG &&
ptr[1] >= minB && ptr[1] <= maxB) {
ptr[0] = 0;
}else{
printf("\n---->ptr0:%d ptr1:%d ptr2:%d ptr3:%d<----\n",ptr[0],ptr[1],ptr[2],ptr[3]);
}
}
// 将内存转成image
CGDataProviderRef dataProvider =CGDataProviderCreateWithData(NULL, rgbImageBuf, bytesPerRow * imageHeight, nil);
CGImageRef imageRef = CGImageCreate(imageWidth, imageHeight,8, 32, bytesPerRow, colorSpace,kCGImageAlphaLast |kCGBitmapByteOrder32Little, dataProvider,NULL,true,kCGRenderingIntentDefault);
CGDataProviderRelease(dataProvider);
UIImage* resultUIImage = [UIImage imageWithCGImage:imageRef];
// 释放
CGImageRelease(imageRef);
CGContextRelease(context);
CGColorSpaceRelease(colorSpace);
return resultUIImage;
}

还记得我们在Core Image中提到的HSV模式的弊端吗?那么Quarz 2D则是直接利用RGBA的信息进行处理,很好的规避了对黑白色不友好的问题,我们只需要设置一下RGB的范围即可(因为黑白色在RGB颜色模式中,很好确定),我们可以大致封装一下。如下

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- (UIImage *)removeWhiteColorWithImage:(UIImage *)image{
return [self removeColorWithMaxR:255 minR:250 maxG:255 minG:240 maxB:255 minB:240 image:image];
}

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- (UIImage *)removeBlackColorWithImage:(UIImage *)image{
return [self removeColorWithMaxR:15 minR:0 maxG:15 minG:0 maxB:15 minB:0 image:image];
}

看一下我们对于白色背景的处理效果对比

看起来似乎还不错,但是对于纱质的衣服,就显得很不友好。看一下笔者做的几组图片的测试

很显然,如果不是白色背景,“衣衫褴褛”的效果非常明显。这个问题,在笔者尝试的三种方法中,无一幸免,如果哪位大佬知道好的处理方法,而且能告诉鶸,将不胜感激。(先放俩膝盖在这儿)

除了上述问题外,这种对比每个像素的方法,读取出来的数值会同作图时出现误差。但是这种误差肉眼基本不可见。


如下图中,我们作图时,设置的RGB值分别为100/240/220 但是通过CG上述处理时,读取出来的值则为92/241/220。对比图中的“新的”“当前”,基本看不出色差。这点小问题各位知道就好,对实际去色效果影响并不大

Masking an Image with Color

笔者尝试过理解并使用上一种方法后,在重读文档时发现了这个方法,简直就像是发现了Father Apple的恩赐。直接上代码

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- (UIImage *)removeColorWithMaxR:(float)maxR minR:(float)minR maxG:(float)maxG minG:(float)minG maxB:(float)maxB minB:(float)minB image:(UIImage *)image{
const CGFloat myMaskingColors[6] = {minR, maxR, minG, maxG, minB, maxB};
CGImageRef ref = CGImageCreateWithMaskingColors(image.CGImage, myMaskingColors);
return [UIImage imageWithCGImage:ref];
}

官方文档点这儿

总结

HSV颜色模式相对于RGB模式而言,更利于我们抠除图片中的彩色,而RGB则正好相反。笔者因为项目中,只需要去除白色背景,所以最终采用了最后一种方式。