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Core Image 的使用（iOS 的图像处理）

iOS Mar 18, 2015

Quartz 2D 以前写过文章介绍，是一个灰常强大的东西，是一个二维绘图引擎，同时支持iOS和Mac系统。比较重要的地方有图形上下文，图形上下文栈，本文末再补充一点关于 Quartz 2D 的内容，这篇文章主要写 Core Image。

Photoshop 可以为照片添加各种滤镜大家都知道，不过如果在 iOS 上面实现，在 iOS5.0 之前，这一切都是很复杂的，要用算法来实现。在此之后，苹果官方已经提供了Core Image框架来帮助开发者进行特效制作。

滤镜中常用的基类对象

  • CIContext：图像上下文，用于管理整个图片处理过程，不同的图形上下文将利用不同的图像处理硬件进行图像处理（在 iOS 中可以通过不同的方式创建图像上下文，例如可以创建基于 CPU 的图像上下方、创建基于 GPU 的图像上下方以及创建 OpenGL 优化过的图像上下文）。
  • CIFilter：图像处理滤镜，每种滤镜有不同的参数设置。
  • CIImage：Core Image 框架中的图像类型，主要用于输入和输出图像。

查看所有滤镜

在使用滤镜之前我们先要弄清平台主要支持哪些滤镜，以及这些滤镜的方法和参数如何设置，此时不妨使用下面的方法进行打印查看：

#pragma mark 查看所有内置滤镜
-(void)showAllFilters{
    NSArray *filterNames=[CIFilter filterNamesInCategory:kCICategoryBuiltIn];
    for (NSString *filterName in filterNames) {
        CIFilter *filter=[CIFilter filterWithName:filterName];
        NSLog(@"\rfilter:%@\rattributes:%@",filterName,[filter attributes]);
    }
}

打印结果比较长，截取一部分：

2015-03-18 12:24:00.588 mosaic[703:31840] 
filter:CIAccordionFoldTransition
attributes:{
    CIAttributeFilterCategories =     (
        CICategoryTransition,
        CICategoryVideo,
        CICategoryStillImage,
        CICategoryBuiltIn
    );
    CIAttributeFilterDisplayName = "Accordion Fold Transition";
    CIAttributeFilterName = CIAccordionFoldTransition;
    inputBottomHeight =     {
        CIAttributeClass = NSNumber;
        CIAttributeDefault = 0;
        CIAttributeMin = 0;
        CIAttributeType = CIAttributeTypeDistance;
    };
    inputFoldShadowAmount =     {
        CIAttributeClass = NSNumber;
        CIAttributeDefault = "0.1";
        CIAttributeMax = 1;
        CIAttributeMin = 0;
        CIAttributeSliderMax = 1;
        CIAttributeSliderMin = 0;
        CIAttributeType = CIAttributeTypeScalar;
    };
    inputImage =     {
        CIAttributeClass = CIImage;
        CIAttributeType = CIAttributeTypeImage;
    };
    inputNumberOfFolds =     {
        CIAttributeClass = NSNumber;
        CIAttributeDefault = 3;
        CIAttributeMax = 50;
        CIAttributeMin = 1;
        CIAttributeSliderMax = 10;
        CIAttributeSliderMin = 1;
        CIAttributeType = CIAttributeTypeScalar;
    };
    inputTargetImage =     {
        CIAttributeClass = CIImage;
        CIAttributeType = CIAttributeTypeImage;
    };
    inputTime =     {
        CIAttributeClass = NSNumber;
        CIAttributeDefault = 0;
        CIAttributeIdentity = 0;
        CIAttributeMin = 0;
        CIAttributeSliderMax = 1;
        CIAttributeSliderMin = 0;
        CIAttributeType = CIAttributeTypeTime;
    };
}
2015-03-18 12:24:00.662 mosaic[703:31840] 
filter:CIAffineTransform
attributes:{
    CIAttributeFilterCategories =     (
        CICategoryGeometryAdjustment,
        CICategoryVideo,
        CICategoryStillImage,
        CICategoryBuiltIn
    );
    CIAttributeFilterDisplayName = "Affine Transform";
    CIAttributeFilterName = CIAffineTransform;
    inputImage =     {
        CIAttributeClass = CIImage;
        CIAttributeType = CIAttributeTypeImage;
    };
    inputTransform =     {
        CIAttributeClass = NSValue;
        CIAttributeDefault = "CGAffineTransform: {{1, 0, 0, 1}, {0, 0}}";
        CIAttributeIdentity = "CGAffineTransform: {{1, 0, 0, 1}, {0, 0}}";
        CIAttributeType = CIAttributeTypeTransform;
    };
}

在 iOS7 中打印会发现有 127 中滤镜，如果我们把每种滤镜都介绍一遍恐怕用几章内容也很难介绍详细，事实上也没有这个必要。这些滤镜使用方法是类似的，只是参数设置有所区别。在 iOS 文档中可以搜索“core image filter reference”一节的内容，里面有每种滤镜的详细介绍和图片使用效果。

创建滤镜效果

使用Core Image框架创建滤镜效果一般分为以下几步：

  1. 创建图像上下文 CIContext
  2. 创建滤镜 CIFilter
  3. 创建过滤原图片 CIImage
  4. 调用 CIFilter 的 setValue： forKey：方法为滤镜指定源图片
  5. 设置滤镜参数【可选】
  6. 取得输出图片显示或保存

代码

#import "KCMainViewController.h"
#define CONSTROLPANEL_FONTSIZE 12

@interface KCMainViewController ()<UINavigationControllerDelegate,UIImagePickerControllerDelegate>{
    UIImagePickerController *_imagePickerController;//系统照片选择控制器
    UIImageView *_imageView;//图片显示控件
    CIContext *_context;//Core Image上下文
    CIImage *_image;//我们要编辑的图像
    CIImage *_outputImage;//处理后的图像
    CIFilter *_colorControlsFilter;//色彩滤镜
}

@end

@implementation KCMainViewController

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    
    [self initLayout];
}


#pragma mark 初始化布局
-(void)initLayout{
    //初始化图片选择器
    _imagePickerController=[[UIImagePickerController alloc]init];
    _imagePickerController.delegate =self;

    //创建图片显示控件
    _imageView=[[UIImageView alloc]initWithFrame:CGRectMake(0, 64, 320, 502)];
    _imageView.contentMode=UIViewContentModeScaleAspectFit;
    [self.view addSubview:_imageView];
    
    //上方导航按钮
    self.navigationItem.title=@"Enhance";
    self.navigationItem.leftBarButtonItem=[[UIBarButtonItem alloc]initWithTitle:@"Open" style:UIBarButtonItemStyleDone target:self action:@selector(openPhoto:)];
    self.navigationItem.rightBarButtonItem=[[UIBarButtonItem alloc]initWithTitle:@"Save" style:UIBarButtonItemStyleDone target:self action:@selector(savePhoto:)];

    
    //下方控制面板
    UIView *controlView=[[UIView alloc]initWithFrame:CGRectMake(0, 450, 320, 118)];
//    controlView.alpha=0.2;
//    controlView.backgroundColor=[UIColor colorWithRed:46.0/255.0 green:178.0/255.0 blue:235.0/255.0 alpha:1];
    [self.view addSubview:controlView];
    //饱和度(默认为1，大于饱和度增加小于1则降低)
    UILabel *lbSaturation=[[UILabel alloc]initWithFrame:CGRectMake(10, 10, 60, 25)];
    lbSaturation.text=@"Saturation";
    lbSaturation.font=[UIFont systemFontOfSize:CONSTROLPANEL_FONTSIZE];
    [controlView addSubview:lbSaturation];
    UISlider *sldStaturation=[[UISlider alloc]initWithFrame:CGRectMake(80, 10, 230, 30)];//注意UISlider高度虽然无法调整，很多朋友会说高度设置位0即可，事实上在iOS7中设置为0后是无法拖动的
    [controlView addSubview:sldStaturation];
    sldStaturation.minimumValue=0;
    sldStaturation.maximumValue=2;
    sldStaturation.value=1;
    [sldStaturation addTarget:self action:@selector(changeStaturation:) forControlEvents:UIControlEventValueChanged];
    //亮度(默认为0)
    UILabel *lbBrightness=[[UILabel alloc]initWithFrame:CGRectMake(10, 40, 60, 25)];
    lbBrightness.text=@"Brightness";
    lbBrightness.font=[UIFont systemFontOfSize:CONSTROLPANEL_FONTSIZE];
    [controlView addSubview:lbBrightness];
    UISlider *sldBrightness=[[UISlider alloc]initWithFrame:CGRectMake(80, 40, 230, 30)];
    [controlView addSubview:sldBrightness];
    sldBrightness.minimumValue=-1;
    sldBrightness.maximumValue=1;
    sldBrightness.value=0;
    [sldBrightness addTarget:self action:@selector(changeBrightness:) forControlEvents:UIControlEventValueChanged];
    //对比度(默认为1)
    UILabel *lbContrast=[[UILabel alloc]initWithFrame:CGRectMake(10, 70, 60, 25)];
    lbContrast.text=@"Contrast";
    lbContrast.font=[UIFont systemFontOfSize:CONSTROLPANEL_FONTSIZE];
    [controlView addSubview:lbContrast];
    UISlider *sldContrast=[[UISlider alloc]initWithFrame:CGRectMake(80, 70, 230, 30)];
    [controlView addSubview:sldContrast];
    sldContrast.minimumValue=0;
    sldContrast.maximumValue=2;
    sldContrast.value=1;
    [sldContrast addTarget:self action:@selector(changeContrast:) forControlEvents:UIControlEventValueChanged];
    
    
    //初始化CIContext
    //创建基于CPU的图像上下文
    //    NSNumber *number=[NSNumber numberWithBool:YES];
    //    NSDictionary *option=[NSDictionary dictionaryWithObject:number forKey:kCIContextUseSoftwareRenderer];
    //    _context=[CIContext contextWithOptions:option];
    _context=[CIContext contextWithOptions:nil];//使用GPU渲染，推荐,但注意GPU的CIContext无法跨应用访问，例如直接在UIImagePickerController的完成方法中调用上下文处理就会自动降级为CPU渲染，所以推荐现在完成方法中保存图像，然后在主程序中调用
    //    EAGLContext *eaglContext=[[EAGLContext alloc]initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES1];
    //    _context=[CIContext contextWithEAGLContext:eaglContext];//OpenGL优化过的图像上下文
    
    //取得滤镜
    _colorControlsFilter=[CIFilter filterWithName:@"CIColorControls"];

}
#pragma mark 打开图片选择器
-(void)openPhoto:(UIBarButtonItem *)btn{
    //打开图片选择器
    [self presentViewController:_imagePickerController animated:YES completion:nil];
}
#pragma mark 保存图片
-(void)savePhoto:(UIBarButtonItem *)btn{
    //保存照片到相册
    UIImageWriteToSavedPhotosAlbum(_imageView.image, nil, nil, nil);
    UIAlertView *alert=[[UIAlertView alloc]initWithTitle:@"Sytem Info" message:@"Save Success!" delegate:nil cancelButtonTitle:nil otherButtonTitles:@"OK", nil];
    [alert show];
}

#pragma mark 图片选择器选择图片代理方法
-(void)imagePickerController:(UIImagePickerController *)picker didFinishPickingMediaWithInfo:(NSDictionary *)info{
    //关闭图片选择器
    [self dismissViewControllerAnimated:YES completion:nil];
    //取得选择图片
    UIImage *selectedImage=[info objectForKey:UIImagePickerControllerOriginalImage];
    _imageView.image=selectedImage;
    //初始化CIImage源图像
    _image=[CIImage imageWithCGImage:selectedImage.CGImage];
    [_colorControlsFilter setValue:_image forKey:@"inputImage"];//设置滤镜的输入图片
}

#pragma mark 将输出图片设置到UIImageView
-(void)setImage{
    CIImage *outputImage= [_colorControlsFilter outputImage];//取得输出图像
    CGImageRef temp=[_context createCGImage:outputImage fromRect:[outputImage extent]];
    _imageView.image=[UIImage imageWithCGImage:temp];//转化为CGImage显示在界面中
    
    CGImageRelease(temp);//释放CGImage对象
}

#pragma mark 调整饱和度
-(void)changeStaturation:(UISlider *)slider{
    [_colorControlsFilter setValue:[NSNumber numberWithFloat:slider.value] forKey:@"inputSaturation"];//设置滤镜参数
    [self setImage];
}

#pragma mark 调整亮度
-(void)changeBrightness:(UISlider *)slider{
    [_colorControlsFilter setValue:[NSNumber numberWithFloat:slider.value] forKey:@"inputBrightness"];
    [self setImage];
}

#pragma mark 调整对比度
-(void)changeContrast:(UISlider *)slider{
    [_colorControlsFilter setValue:[NSNumber numberWithFloat:slider.value] forKey:@"inputContrast"];
    [self setImage];
}
@end
  • 在上面的代码中除了使用了基于GPU的图像上下文(推荐方式)，也创建了其他图像上下文，尽管已经被注释大家还是需要熟悉。
  • Core Image允许你一次给图像或视频帧叠加多种效果，同时Core Image还能保证强大的处理效率。
  • 和在使用Core Graphics绘图一样，UIKit中也封装了一些方法直接转换为Core Image中的对象，例如UIImage对象可以直接调用CIImage属性转换为CIImage类型。

Quartz 2D 补充：

  1. Core Graphics 是基于 C 语言的一套框架，开发时无法像使用 Obj-C 一样调用；
  2. 在 Quartz 2D 中凡是使用带有“Create”或者“Copy”关键字方法创建的对象，在使用后一定要使用对应的方法释放（由于这个框架基于C语言编写无法自动释放内存）；
  3. Quartz 2D 是跨平台的，因此其中的方法中不能使用 UIKit 中的对象（ UIKit 只有 iOS 可用），例如用到的颜色只能用 CGColorRef 而不能用 UIColor，但是 UIKit 中提供了对应的转换方法；
  4. 在 C 语言中枚举一般以“k”开头，由于 Quartz 2D 基于 C 语言开发，所以它也不例外（参数中很多枚举都是 k 开头的）；
  5. 由于 Quartz 2D 是 Core Graphics 的一部分，所以 API 多数以 CG 开头；
  6. 在使用 Quartz 2D 绘图API中所有以“Ref”结尾对象，在声明时都不必声明为指针类型；
  7. 在使用 Quartz 2D 绘图 API 时，凡是“UI”开头的相关绘图函数，都是 UIKit 对 Core Graphics 的封装（主要为了简化绘图操作）；

Reference

  1. iOS开发系列--打造自己的“美图秀秀”

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Jie Li

🚘 On-road / 📉 US Stock / 💻 Full Stack Engineer / ®️ ENTJ

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