表面模糊

xiaoxiao2021-02-27  247

PS中有个表面模糊的功能,这个功能可以在保留边缘的情况下对图像平坦区域进行模糊滤波,这个功能可以实现很好的磨皮效果,它的算法如下:

这个算法很简单,设置半径r,得到一个边长为(2r+1)的正方形窗口,那么窗口中心像素的像素值即为x,当然,对于像素的RGB三个分量,是需要分别计算的,因此这个算法的时间消耗比较大。

类似的算法还有双边滤波等,不过这类滤波普遍都比较耗时,虽然双边滤波已经可以在PC上实时,但是,在手机端还存在较大问题。

下面给出一些对比效果图:

原图                                                                                                                       表面模糊(r=20,y=28)

双边滤波(r=20)

可以看出,表面模糊的效果要比双边滤波效果更好一些!

图像的表面模糊处理,其作用是在保留图像边缘的情况下,对图像的表面进行模糊处理。在对人物皮肤处理上,比高斯模糊更有效。因为高斯模糊在使人物皮肤光洁的同时,也将一些边缘特征如脸部的眉毛、嘴唇等给模糊了,不得不用蒙版小心的抹去这些地方的模糊部分。

在处理手法上,表面模糊也与其它卷积处理手段不同,如高斯模糊等在处理图像时都是采用统一的卷积矩阵进行,而表面模糊却是每一个像素点都有自己的卷积矩阵,而且还是3(4)套,用以对应于像素的R、G、B(A、R、G、B)分量。所以表面模糊在编程处理时,比其它卷积操作更复杂、更耗时,因为它要对每一个像素计算自己的卷积矩阵。表面模糊编程的难点也在计算卷积矩阵上,其它与一般图像卷积处理一样。

表面模糊处理有2个参数,即模糊半径和模糊阈值,前者确定模糊的范围,后者确定模糊的程度。模糊范围就是卷积矩阵大小,如模糊半径为1,则模糊矩阵直径为  1×2+1=3 ,矩阵元素个数为 3×3=9 ,矩阵的中间元素即是当前像素点。

矩阵元素值的计算公式为:

wij=1(|IijI0|)2.5T

其中, T  是阈值, wij  是模板矩阵的元素值,也可以称为权重,   Iij  是图像值,   I0  是模板矩阵中心的图像值。一般来说, wij  会做一个预处理:

wij=max(0,wij)

根据卷积运算,每一个像素通过表面模糊之后的值为:

Inew=wijIijwij

clc; clear all; close all; addpath('E:\Visual Effects\PS Algorithm'); Img=imread('1.jpg'); Img=double(Img); imshow(Img/255); img_out=Img; R=Img(:, :, 1); G=Img(:, :, 2); B=Img(:, :, 3); radi=5; thre=25; img_out(:, :, 1)=Surface_Blur(R, radi, thre); img_out(:, :, 2)=Surface_Blur(G, radi, thre); img_out(:, :, 3)=Surface_Blur(B, radi, thre); figure, imshow(img_out/255); %% surface blur function I_out=Surface_Blur(I_in, radi, thre) [r, c]=size(I_in); I_out=I_in; for ii=1+radi : r-radi for jj=1+radi : c-radi patch=I_in (ii-radi:ii+radi, jj-radi:jj+radi); p0=I_in(ii, jj); mask_1= repmat(p0, 2*radi+1, 2*radi+1); mask_2=1-abs(patch-mask_1)/(2.5*thre); mask_3=max(mask_2, 0); I_out(ii, jj)=sum(sum(patch.*mask_3))/sum(mask_3(:)); end end 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354 123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354

图像的表面模糊处理是Photoshop CS2以后才有的新功能,其作用是在保留图像边缘的情况下,对图像的表面进行模糊处理。在对人物皮肤处理上,比高斯模糊更有效。因为高斯模糊在使人物皮肤光洁的同时,也将一些边缘特征如脸部的眉毛、嘴唇等给模糊了,不得不用蒙版小心的抹去这些地方的模糊部分。

    在处理手法上,表面模糊也与其它卷积处理手段不同,如高斯模糊等在处理图像时都是采用统一的卷积矩阵进行,而表面模糊却是每一个像素点都有自己的卷积矩阵,而且还是3(4)套,用以对应于像素的R、G、B(A、R、G、B)分量。所以表面模糊在编程处理时,比其它卷积操作更复杂、更耗时,因为它要对每一个像素计算自己的卷积矩阵。表面模糊编程的难点也在计算卷积矩阵上,其它与一般图像卷积处理一样。

    表面模糊处理有2个参数,即模糊半径和模糊阈值,前者确定模糊的范围,后者确定模糊的程度。模糊范围就是卷积矩阵大小,如模糊半径为1,则模糊矩阵直径为1*2+1等于3,矩阵元素个数为3*3等于9,矩阵的中间元素即是当前像素点。

    矩阵元素值的计算公式为:

    mij = 1 - (|pij - p0|) / 2.5T

    其中,mij为矩阵的各元素值,pij为矩阵元素对应的像素分量值,p0为矩阵中心元素对应的像素分量值,T为阈值,|pij - p0|为矩阵元素对应像素分量值与中心元素对应像素分量值的绝对差值。如果mij < 0,则mij = 0。

    对ARGB格式图像数据来说,因有4个分量,故需要4套卷积矩阵。

    矩阵元素确定后,就可按照一般图像卷积操作进行处理了,即分别累计矩阵元素值和与之对应的像素分量值乘积,用累计像素分量值除以累计元素值,即可得到当前像素分量模糊处理后的值。

    下面是表面模糊处理代码:

[cpp]  view plain  copy  print ? //---------------------------------------------------------------------------      // ARGB图像数据表面模糊处理   // 参数: 图像数据, 模糊半径(1 - 100), 阈值(2 - 255)   VOID SurfaceBlur(BitmapData *data, UINT radius, UINT threshold)   {       if (radius < 1 || radius > 100 || threshold < 2 || threshold > 255)           return;          // 设置模糊矩阵元素表       FLOAT *matrixItems = new FLOAT[255*2+1];       FLOAT *items = &matrixItems[255];       FLOAT fv = threshold * 2.5;       INT i;       for (i = 1; i < 256; i ++)       {           items[-i] = items[i] = 1 - i / fv;           if (items[i] < 0) break;       }       for (; i < 256; i ++)           items[-i] = items[i] = 0;       *items = 1;          // 获取边框像素扩展图像数据到src       BitmapData src;       GetExpendData(data, radius, &src);       // 获取数据处理参数       PARGBQuad pd, ps;       UINT width, height;       INT dstOffset, srcOffset;       GetDataCopyParams(data, &src, width, height, pd, ps, dstOffset, srcOffset);          INT size = (radius << 1) + 1;       INT pOffset = ((src.Stride >> 2) + 1) * radius;       INT iOffset = (src.Stride >> 2) - size;       FLOAT pixelA, pixelR, pixelG, pixelB;       FLOAT nuclearA, nuclearR, nuclearG, nuclearB;       FLOAT ivA, ivR, ivG, ivB;       for (UINT y = 0; y < height; y ++, ps += srcOffset, pd += dstOffset)       {           for (UINT x = 0; x < width; x ++, ps ++, pd ++)           {               pixelA = pixelR = pixelG = pixelB = 0;               nuclearA = nuclearR = nuclearG = nuclearB = 0;               PARGBQuad p = ps, p0 = p + pOffset;               for (INT i = 0;  i < size; i ++, p += iOffset)               {                   for (INT j = 0; j < size; j ++, p ++)                   {                       // 以Pij - p0为下标从模糊矩阵元素表中获取像素各分量的元素值                       ivB = items[p->Blue - p0->Blue];                       ivG = items[p->Green - p0->Green];                       ivR = items[p->Red - p0->Red];                       ivA = items[p->Alpha - p0->Alpha];                       // 累计像素各分量元素值                       nuclearB += ivB;                       nuclearG += ivG;                       nuclearR += ivR;                       nuclearA += ivA;                       // 累计像素各分量元素值与分量值的乘积                       pixelB += (ivB * p->Blue);                       pixelG += (ivG * p->Green);                       pixelR += (ivR * p->Red);                       pixelA += (ivA * p->Alpha);                   }               }               // 计算像素表面模糊后的新分量值               if (nuclearB > 0)                   pd->Blue = (BYTE)(pixelB / nuclearB + 0.5);               if (nuclearG > 0)                   pd->Green = (BYTE)(pixelG / nuclearG + 0.5);               if (nuclearR > 0)                   pd->Red = (BYTE)(pixelR / nuclearR + 0.5);               if (nuclearA > 0)                   pd->Alpha = (BYTE)(pixelA / nuclearA + 0.5);           }       }          FreeBitmapData(&src);       delete[] matrixItems;       // 如果图像数据含Alpha,将PARGB像素格式还原为ARGB像素格式       if (HasAlphaFlag(data))           ArgbConvertPArgb(data);   }   //---------------------------------------------------------------------------  

    表面模糊处理函数SurfaceBlur采用浮点数进行矩阵元素的计算和像素的模糊处理,为减少循环过程中的模糊矩阵元素的计算量,函数预先定义并计算了255*2+1大小的模糊矩阵元素表matrixItems,元素指针items指向matrixItems[255]元素位置,该位置为pij - p0 = 0时的元素值,如果pij - p0 > 0,其对应元素值在items右边,反之,如果pij - p0 < 0则对应元素值在items左边,如此便免去了|pij - p0|中的绝对值处理。

    为了加快运行速度,对于不含Alpha信息的图像可不处理alpha分量。也可将处理函数改为定点数运算,但计算精度要差一些。

    下面是一个利用SurfaceBlur函数对GDI+位图进行表面模糊的例子(使用BCB2010):

[cpp]  view plain  copy  print ? //---------------------------------------------------------------------------      void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender)   {       Gdiplus::Bitmap *bmp =  new Gdiplus::Bitmap(L"..\\..\\media\\Source1.jpg");       Gdiplus::Graphics *g = new Gdiplus::Graphics(Canvas->Handle);       g->DrawImage(bmp, 0, 0);          BitmapData data;       LockBitmap(bmp, &data);       SurfaceBlur(&data, 3, 10);       UnlockBitmap(bmp, &data);       g->DrawImage(bmp, data.Width + 8, 0);          delete g;       delete bmp;   }   //---------------------------------------------------------------------------  

    例子运行效果截图:

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