Введение
Элемент холста HTML5 можно использовать для написания фильтров изображений. Что вам нужно сделать, это нарисовать изображение на холсте, считать пиксели холста и применить к ним фильтр. Затем вы можете записать результат на новый холст (или, черт возьми, просто повторно использовать старый).
Звучит просто? Хороший. Давайте потрепаемся!
Обработка пикселей
Сначала извлеките пиксели изображения:
Filters = {};
Filters.getPixels = function(img) {
var c = this.getCanvas(img.width, img.height);
var ctx = c.getContext('2d');
ctx.drawImage(img);
return ctx.getImageData(0,0,c.width,c.height);
};
Filters.getCanvas = function(w,h) {
var c = document.createElement('canvas');
c.width = w;
c.height = h;
return c;
};
Далее нам нужен способ фильтрации изображений. Как насчет метода filterImage , который принимает фильтр и изображение и возвращает отфильтрованные пиксели?
Filters.filterImage = function(filter, image, var_args) {
var args = [this.getPixels(image)];
for (var i=2; i<arguments.length; i++) {
args.push(arguments[i]);
}
return filter.apply(null, args);
};
Запуск простых фильтров
Теперь, когда у нас есть конвейер обработки пикселей, пришло время написать несколько простых фильтров. Для начала давайте преобразуем изображение в оттенки серого.
Filters.grayscale = function(pixels, args) {
var d = pixels.data;
for (var i=0; i<d.length; i+=4) {
var r = d[i];
var g = d[i+1];
var b = d[i+2];
// CIE luminance for the RGB
// The human eye is bad at seeing red and blue, so we de-emphasize them.
var v = 0.2126*r + 0.7152*g + 0.0722*b;
d[i] = d[i+1] = d[i+2] = v
}
return pixels;
};
Регулировку яркости можно выполнить, добавив к пикселям фиксированное значение:
Filters.brightness = function(pixels, adjustment) {
var d = pixels.data;
for (var i=0; i<d.length; i+=4) {
d[i] += adjustment;
d[i+1] += adjustment;
d[i+2] += adjustment;
}
return pixels;
};
Порогирование изображения также довольно просто. Вы просто сравниваете значение оттенка серого пикселя с пороговым значением и устанавливаете цвет на основе этого:
Filters.threshold = function(pixels, threshold) {
var d = pixels.data;
for (var i=0; i<d.length; i+=4) {
var r = d[i];
var g = d[i+1];
var b = d[i+2];
var v = (0.2126*r + 0.7152*g + 0.0722*b >= threshold) ? 255 : 0;
d[i] = d[i+1] = d[i+2] = v
}
return pixels;
};
Свертывающиеся изображения
Фильтры свертки — это очень полезные универсальные фильтры для обработки изображений. Основная идея заключается в том, что вы берете взвешенную сумму прямоугольника пикселей исходного изображения и используете ее в качестве выходного значения. Фильтры свертки можно использовать для размытия, повышения резкости, тиснения, обнаружения краев и множества других вещей.
Filters.tmpCanvas = document.createElement('canvas');
Filters.tmpCtx = Filters.tmpCanvas.getContext('2d');
Filters.createImageData = function(w,h) {
return this.tmpCtx.createImageData(w,h);
};
Filters.convolute = function(pixels, weights, opaque) {
var side = Math.round(Math.sqrt(weights.length));
var halfSide = Math.floor(side/2);
var src = pixels.data;
var sw = pixels.width;
var sh = pixels.height;
// pad output by the convolution matrix
var w = sw;
var h = sh;
var output = Filters.createImageData(w, h);
var dst = output.data;
// go through the destination image pixels
var alphaFac = opaque ? 1 : 0;
for (var y=0; y<h; y++) {
for (var x=0; x<w; x++) {
var sy = y;
var sx = x;
var dstOff = (y*w+x)*4;
// calculate the weighed sum of the source image pixels that
// fall under the convolution matrix
var r=0, g=0, b=0, a=0;
for (var cy=0; cy<side; cy++) {
for (var cx=0; cx<side; cx++) {
var scy = sy + cy - halfSide;
var scx = sx + cx - halfSide;
if (scy >= 0 && scy < sh && scx >= 0 && scx < sw) {
var srcOff = (scy*sw+scx)*4;
var wt = weights[cy*side+cx];
r += src[srcOff] * wt;
g += src[srcOff+1] * wt;
b += src[srcOff+2] * wt;
a += src[srcOff+3] * wt;
}
}
}
dst[dstOff] = r;
dst[dstOff+1] = g;
dst[dstOff+2] = b;
dst[dstOff+3] = a + alphaFac*(255-a);
}
}
return output;
};
Вот фильтр резкости 3x3. Посмотрите, как он фокусирует вес на центральном пикселе. Для сохранения яркости изображения сумма значений матрицы должна быть равна единице.
Filters.filterImage(Filters.convolute, image,
[ 0, -1, 0,
-1, 5, -1,
0, -1, 0 ]
);
Вот еще один пример фильтра свертки — размытие поля. Размытие поля выводит среднее значение пикселей внутри матрицы свертки. Способ сделать это — создать матрицу свертки размером NxN, где каждый из весов равен 1/(NxN). Таким образом, каждый из пикселей внутри матрицы вносит равный вклад в выходное изображение, а сумма весов равна единице.
Filters.filterImage(Filters.convolute, image,
[ 1/9, 1/9, 1/9,
1/9, 1/9, 1/9,
1/9, 1/9, 1/9 ]
);
Мы можем создавать более сложные фильтры изображений, комбинируя существующие фильтры. Например, напишем фильтр Собеля . Фильтр Собеля вычисляет вертикальные и горизонтальные градиенты изображения и объединяет вычисленные изображения для поиска краев изображения. Здесь мы реализуем фильтр Собеля: сначала масштабируем изображение в оттенках серого, затем используем горизонтальный и вертикальный градиенты и, наконец, объединяем изображения градиента для создания окончательного изображения.
Что касается терминологии, «градиент» здесь означает изменение значения пикселя в позиции изображения. Если у пикселя есть левый сосед со значением 20 и правый сосед со значением 50, горизонтальный градиент пикселя будет равен 30. Вертикальный градиент имеет ту же идею, но использует соседей сверху и снизу.
var grayscale = Filters.filterImage(Filter.grayscale, image);
// Note that ImageData values are clamped between 0 and 255, so we need
// to use a Float32Array for the gradient values because they
// range between -255 and 255.
var vertical = Filters.convoluteFloat32(grayscale,
[ -1, 0, 1,
-2, 0, 2,
-1, 0, 1 ]);
var horizontal = Filters.convoluteFloat32(grayscale,
[ -1, -2, -1,
0, 0, 0,
1, 2, 1 ]);
var final_image = Filters.createImageData(vertical.width, vertical.height);
for (var i=0; i<final_image.data.length; i+=4) {
// make the vertical gradient red
var v = Math.abs(vertical.data[i]);
final_image.data[i] = v;
// make the horizontal gradient green
var h = Math.abs(horizontal.data[i]);
final_image.data[i+1] = h;
// and mix in some blue for aesthetics
final_image.data[i+2] = (v+h)/4;
final_image.data[i+3] = 255; // opaque alpha
}
И есть еще масса интересных сверточных фильтров, которые только и ждут, чтобы вы их открыли. Например, попробуйте реализовать фильтр Лапласа в сверточной игрушке выше и посмотрите, что он сделает.
Заключение
Я надеюсь, что эта небольшая статья была полезна для ознакомления с основными понятиями написания фильтров изображений в JavaScript с использованием тега HTML Canvas. Я советую вам пойти и реализовать еще несколько фильтров изображений, это довольно весело!
Если вам нужна более высокая производительность ваших фильтров, вы обычно можете портировать их для использования фрагментных шейдеров WebGL для обработки изображений. С помощью шейдеров вы можете запускать самые простые фильтры в реальном времени, что позволяет использовать их для постобработки видео и анимации.