轉(zhuǎn)載自:實戰(zhàn)分享:實時美顏濾鏡是怎樣煉成的
1.背景
前段時間由于項目需求操漠,做了一個基于GPUImage的實時美顏濾鏡」俦玻現(xiàn)在各種各樣的直播援岩、視頻App層出不窮稿茉,美顏濾鏡的需求也越來越多锹锰。為了回饋開源,現(xiàn)在我把它放到了GitHub上面漓库,感興趣的朋友可以去下載恃慧。下面將主要介紹實現(xiàn)美顏濾鏡的原理和思路。
2. GPUImage
GPUImage是一個開源的基于GPU的圖片或視頻的處理框架渺蒿,其本身內(nèi)置了多達(dá)120多種常見的濾鏡效果痢士。有了它,添加實時的濾鏡只需要簡單地添加幾行代碼茂装。下面的例子是以攝像頭的數(shù)據(jù)為源怠蹂,對其實時地進(jìn)行反色的操作(類似相片底片的效果):
self.videoCamera = [[GPUImageVideoCamera alloc] initWithSessionPreset:AVCaptureSessionPreset640x480 cameraPosition:AVCaptureDevicePositionFront];
self.videoCamera.outputImageOrientation = UIInterfaceOrientationPortrait;
self.videoCamera.horizontallyMirrorFrontFacingCamera = YES;
GPUImageColorInvertFilter *invert = [[GPUImageColorInvertFilter alloc] init];
[self.videoCamera addTarget:invert];
self.filterView = [[GPUImageView alloc] initWithFrame:self.view.frame];
self.filterView.center = self.view.center;
[self.view addSubview:self.filterView];
[invert addTarget:self.filterView];
[self.videoCamera startCameraCapture];
其實美顏也是一樣,如果有這么一個美顏的濾鏡(姑且叫做GPUImageBeautifyFilter)少态,那么只需要把上面代碼中的GPUImageColorInvertFilter替換成GPUImageBeautifyFilter即可城侧。我們只需要做一個GPUImageBeautifyFilter就能實現(xiàn)實時美顏了,問題來了彼妻,到底什么算是美顏呢嫌佑?我的理解是,大家對于美顏比較常見的需求就是磨皮侨歉、美白屋摇。當(dāng)然提高飽和度、提亮之類的就根據(jù)需求而定幽邓。本文將著重介紹磨皮的實現(xiàn)(實際上GPUImageBeautifyFilter也實現(xiàn)了美白炮温、提亮等效果)。
3. 磨皮
磨皮的本質(zhì)實際上是模糊牵舵。而在圖像處理領(lǐng)域柒啤,模糊就是將像素點的取值與周邊的像素點取值相關(guān)聯(lián)倦挂。而我們常見的高斯模糊 ,它的像素點取值則是由周邊像素點求加權(quán)平均所得白修,而權(quán)重系數(shù)則是像素間的距離的高斯函數(shù)妒峦,大致關(guān)系是距離越小重斑、權(quán)重系數(shù)越大兵睛。下圖3.1是高斯模糊效果的示例:
高斯模糊效果圖3.1
如果單單使用高斯模糊來磨皮,得到的效果是不盡人意的窥浪。原因在于祖很,高斯模糊只考慮了像素間的距離關(guān)系,沒有考慮到像素值本身之間的差異漾脂。舉個例子來講假颇,頭發(fā)與人臉分界處(顏色差異很大,黑色與人皮膚的顏色)骨稿,如果采用高斯模糊則這個邊緣也會模糊掉笨鸡,這顯然不是我們希望看到的。而雙邊濾波(Bilateral Filter) 則考慮到了顏色的差異坦冠,它的像素點取值也是周邊像素點的加權(quán)平均形耗,而且權(quán)重也是高斯函數(shù)。不同的是辙浑,這個權(quán)重不僅與像素間距離有關(guān)激涤,還與像素值本身的差異有關(guān),具體講是判呕,像素值差異越小倦踢,權(quán)重越大,也是這個特性讓它具有了保持邊緣的特性侠草,因此它是一個很好的磨皮工具辱挥。下圖3.2是雙邊濾波的效果示例:
雙邊濾波效果圖3.2
對比3.1和3.2,雙邊濾波效果確實在人臉細(xì)節(jié)部分保留得更好边涕,因此我采用了雙邊濾波作為磨皮的基礎(chǔ)算法般贼。雙邊濾波在GPUImage中也有實現(xiàn),是GPUImageBilateralFilter奥吩。
根據(jù)圖3.2哼蛆,可以看到圖中仍有部分人臉的細(xì)節(jié)保護(hù)得不夠,還有我們并不希望將人的頭發(fā)也模糊掉(我們只需要對皮膚進(jìn)行處理)霞赫。由此延伸出來的改進(jìn)思路是結(jié)合雙邊濾波腮介,邊緣檢測以及膚色檢測。整體邏輯如下:
Combination Filter是我們自己定義的三輸入的濾波器端衰。三個輸入分別是原圖像A(x, y),雙邊濾波后的圖像B(x, y)叠洗,邊緣圖像C(x, y)甘改。其中A,B,C可以看成是圖像矩陣,(x,y)可以看成其中某一像素的坐標(biāo)灭抑。Combination Filter的處理邏輯如下圖:
下面是主要的shader代碼:
NSString *const kGPUImageBeautifyFragmentShaderString = SHADER_STRING
(
varying highp vec2 textureCoordinate;
varying highp vec2 textureCoordinate2;
varying highp vec2 textureCoordinate3;
uniform sampler2D inputImageTexture;
uniform sampler2D inputImageTexture2;
uniform sampler2D inputImageTexture3;
uniform mediump float smoothDegree;
void main()
{
highp vec4 bilateral = texture2D(inputImageTexture, textureCoordinate);
highp vec4 canny = texture2D(inputImageTexture2, textureCoordinate2);
highp vec4 origin = texture2D(inputImageTexture3,textureCoordinate3);
highp vec4 smooth;
lowp float r = origin.r;
lowp float g = origin.g;
lowp float b = origin.b;
if (canny.r < 0.2 && r > 0.3725 && g > 0.1568 && b > 0.0784 && r > b && (max(max(r, g), b) - min(min(r, g), b)) > 0.0588 && abs(r-g) > 0.0588) {
smooth = (1.0 - smoothDegree) * (origin - bilateral) + bilateral;
}
else {
smooth = origin;
}
gl_FragColor = smooth;
}
);
Combination Filter通過膚色檢測和邊緣檢測十艾,只對皮膚和非邊緣部分進(jìn)行處理。下面是采用這種方式進(jìn)行磨皮之后的效果圖:
最終磨皮效果圖3.3
對比3.3與3.2腾节,可以看到3.3對人臉細(xì)節(jié)的保護(hù)更好忘嫉,同時對于面部磨皮效果也很好,給人感覺更加真實案腺。
4.延伸
我所采用的磨皮算法是基于雙邊濾波的庆冕,主要是考慮到它同時結(jié)合了像素間空間距離以及像素值本身的差異。當(dāng)然也不一定要采用雙邊濾波劈榨,也有通過改進(jìn)高斯模糊(結(jié)合像素值差異)來實現(xiàn)磨皮的访递,甚至能取得更好的效果。另外GPUImageBeautifyFilter不僅僅具有磨皮功能同辣,也實現(xiàn)了log曲線調(diào)色拷姿,亮度、飽和度的調(diào)整旱函,具體詳情可以參見demo 响巢。
其他相關(guān)GPUImage的研究:
圖像處理之GPUImage圖片濾鏡
http://blog.csdn.net/xoxo_x/article/details/53507016
圖像處理之CPU圖片濾鏡
http://blog.csdn.net/xoxo_x/article/details/53518322
圖像處理之CoreImage圖片濾鏡
http://blog.csdn.net/xoxo_x/article/details/53518529
iOS GPUImage研究序一:內(nèi)置濾鏡:
http://blog.csdn.net/Xoxo_x/article/details/57082804
iOS GPUImage研究二:捕獲圖像stillCamera寫入相冊
http://blog.csdn.net/Xoxo_x/article/details/57086446
iOS GPUImage研究三:視頻采集并添加實時濾鏡
http://blog.csdn.net/xoxo_x/article/details/58357978
iOS GPUImage研究四:為視頻文件添加濾鏡
http://blog.csdn.net/Xoxo_x/article/details/58818703
iOS GPUImage研究五:短視頻拍攝(濾鏡、文件寫入)
http://blog.csdn.net/Xoxo_x/article/details/70198469
iOS GPUImage研究六:為視頻添加圖片水印
http://blog.csdn.net/xoxo_x/article/details/71055867
iOS GPUImage研究七:動態(tài)相冊初探(水印)
http://blog.csdn.net/xoxo_x/article/details/71076584
將圖片保存到本地
http://blog.csdn.net/xoxo_x/article/details/53517878
基于IM實現(xiàn)直播禮物效果
http://blog.csdn.net/xoxo_x/article/details/52044388
GPUImage之為視頻添加10種原生濾鏡
http://blog.csdn.net/xoxo_x/article/details/52749033
GPUImage–流行的美顏濾鏡GPUImageBeautifyFilter
http://blog.csdn.net/xoxo_x/article/details/52743107
GPUImage基于OpenGL ES 2.0,比基于CPU的圖形和視頻處理更快速.
GPUImage把OpenGL ES封裝為簡潔的Objective-C接口.
學(xué)習(xí)資料
GPUImage詳細(xì)解析(一)
http://url.cn/2FwjqIr
GPUImage詳細(xì)解析(二)
http://url.cn/2GsW2qg
GPUImage詳細(xì)解析(三)- 實時美顏濾鏡
http://url.cn/2F0SKgR
GPUImage詳細(xì)解析(四)模糊圖片處理
http://url.cn/2GX6JEQ
GPUImage詳細(xì)解析(五)濾鏡視頻錄制
http://url.cn/2GHCo71
GPUImage詳細(xì)解析(六)-用視頻做視頻水印
http://url.cn/2JrhR7V
GPUImage詳細(xì)解析(七)文字水印和動態(tài)圖像水印
http://url.cn/2IzRshs
GPUImage詳細(xì)解析(八)視頻合并混音
http://url.cn/2DmUYiA
GPUImage詳細(xì)解析(九)圖像的輸入輸出和濾鏡通道
http://url.cn/2EFjlGp 收起
下載GPUImage陡舅,地址:https://github.com/BradLarson/GPUImage
共125個濾鏡, 分為四類
1抵乓、Color adjustments: 31 filters, 顏色處理相關(guān)
2、Image processing: 40 filters, 圖像處理相關(guān).
3靶衍、Blending modes: 29 filters, 混合模式相關(guān).
4灾炭、Visual effects: 25 filters, 視覺效果相關(guān).
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "GPUImageBrightnessFilter.h" //亮度
#import "GPUImageExposureFilter.h" //曝光
#import "GPUImageContrastFilter.h" //對比度
#import "GPUImageSaturationFilter.h" //飽和度
#import "GPUImageGammaFilter.h" //伽馬線
#import "GPUImageColorInvertFilter.h" //反色
#import "GPUImageSepiaFilter.h" //褐色(懷舊)
#import "GPUImageLevelsFilter.h" //色階
#import "GPUImageGrayscaleFilter.h" //灰度
#import "GPUImageHistogramFilter.h" //色彩直方圖,顯示在圖片上
#import "GPUImageHistogramGenerator.h" //色彩直方圖
#import "GPUImageRGBFilter.h" //RGB
#import "GPUImageToneCurveFilter.h" //色調(diào)曲線
#import "GPUImageMonochromeFilter.h" //單色
#import "GPUImageOpacityFilter.h" //不透明度
#import "GPUImageHighlightShadowFilter.h" //提亮陰影
#import "GPUImageFalseColorFilter.h" //色彩替換(替換亮部和暗部色彩)
#import "GPUImageHueFilter.h" //色度
#import "GPUImageChromaKeyFilter.h" //色度鍵
#import "GPUImageWhiteBalanceFilter.h" //白平橫
#import "GPUImageAverageColor.h" //像素平均色值
#import "GPUImageSolidColorGenerator.h" //純色
#import "GPUImageLuminosity.h" //亮度平均
#import "GPUImageAverageLuminanceThresholdFilter.h" //像素色值亮度平均颅眶,圖像黑白(有類似漫畫效果)
#import "GPUImageLookupFilter.h" //lookup 色彩調(diào)整
#import "GPUImageAmatorkaFilter.h" //Amatorka lookup
#import "GPUImageMissEtikateFilter.h" //MissEtikate lookup
#import "GPUImageSoftEleganceFilter.h" //SoftElegance lookup
#pragma mark - 圖像處理 Handle Image
#import "GPUImageCrosshairGenerator.h" //十字
#import "GPUImageLineGenerator.h" //線條
#import "GPUImageTransformFilter.h" //形狀變化
#import "GPUImageCropFilter.h" //剪裁
#import "GPUImageSharpenFilter.h" //銳化
#import "GPUImageUnsharpMaskFilter.h" //反遮罩銳化
//#import "GPUImageFastBlurFilter.h" //模糊
#import "GPUImageGaussianBlurFilter.h" //高斯模糊
#import "GPUImageGaussianSelectiveBlurFilter.h" //高斯模糊蜈出,選擇部分清晰
#import "GPUImageBoxBlurFilter.h" //盒狀模糊
#import "GPUImageTiltShiftFilter.h" //條紋模糊,中間清晰涛酗,上下兩端模糊
#import "GPUImageMedianFilter.h" //中間值铡原,有種稍微模糊邊緣的效果
#import "GPUImageBilateralFilter.h" //雙邊模糊
#import "GPUImageErosionFilter.h" //侵蝕邊緣模糊,變黑白
#import "GPUImageRGBErosionFilter.h" //RGB侵蝕邊緣模糊商叹,有色彩
#import "GPUImageDilationFilter.h" //擴展邊緣模糊燕刻,變黑白
#import "GPUImageRGBDilationFilter.h" //RGB擴展邊緣模糊,有色彩
#import "GPUImageOpeningFilter.h" //黑白色調(diào)模糊
#import "GPUImageRGBOpeningFilter.h" //彩色模糊
#import "GPUImageClosingFilter.h" //黑白色調(diào)模糊剖笙,暗色會被提亮
#import "GPUImageRGBClosingFilter.h" //彩色模糊卵洗,暗色會被提亮
#import "GPUImageLanczosResamplingFilter.h" //Lanczos重取樣,模糊效果
#import "GPUImageNonMaximumSuppressionFilter.h" //非最大抑制弥咪,只顯示亮度最高的像素过蹂,其他為黑
#import "GPUImageThresholdedNonMaximumSuppressionFilter.h" //與上相比十绑,像素丟失更多
#import "GPUImageSobelEdgeDetectionFilter.h" //Sobel邊緣檢測算法(白邊,黑內(nèi)容酷勺,有點漫畫的反色效果)
#import "GPUImageCannyEdgeDetectionFilter.h" //Canny邊緣檢測算法(比上更強烈的黑白對比度)
#import "GPUImageThresholdEdgeDetectionFilter.h" //閾值邊緣檢測(效果與上差別不大)
#import "GPUImagePrewittEdgeDetectionFilter.h" //普瑞維特(Prewitt)邊緣檢測(效果與Sobel差不多本橙,貌似更平滑)
#import "GPUImageXYDerivativeFilter.h" //XYDerivative邊緣檢測,畫面以藍(lán)色為主脆诉,綠色為邊緣甚亭,帶彩色
#import "GPUImageHarrisCornerDetectionFilter.h" //Harris角點檢測,會有綠色小十字顯示在圖片角點處
#import "GPUImageNobleCornerDetectionFilter.h" //Noble角點檢測库说,檢測點更多
#import "GPUImageShiTomasiFeatureDetectionFilter.h" //ShiTomasi角點檢測狂鞋,與上差別不大
#import "GPUImageMotionDetector.h" //動作檢測
#import "GPUImageHoughTransformLineDetector.h" //線條檢測
#import "GPUImageParallelCoordinateLineTransformFilter.h" //平行線檢測
#import "GPUImageLocalBinaryPatternFilter.h" //圖像黑白化片择,并有大量噪點
#import "GPUImageLowPassFilter.h" //用于圖像加亮
#import "GPUImageHighPassFilter.h" //圖像低于某值時顯示為黑
#pragma mark - 視覺效果 Visual Effect
#import "GPUImageSketchFilter.h" //素描
#import "GPUImageThresholdSketchFilter.h" //閥值素描潜的,形成有噪點的素描
#import "GPUImageToonFilter.h" //卡通效果(黑色粗線描邊)
#import "GPUImageSmoothToonFilter.h" //相比上面的效果更細(xì)膩,上面是粗曠的畫風(fēng)
#import "GPUImageKuwaharaFilter.h" //桑原(Kuwahara)濾波,水粉畫的模糊效果字管;處理時間比較長啰挪,慎用
#import "GPUImageMosaicFilter.h" //黑白馬賽克
#import "GPUImagePixellateFilter.h" //像素化
#import "GPUImagePolarPixellateFilter.h" //同心圓像素化
#import "GPUImageCrosshatchFilter.h" //交叉線陰影,形成黑白網(wǎng)狀畫面
#import "GPUImageColorPackingFilter.h" //色彩丟失嘲叔,模糊(類似監(jiān)控攝像效果)
#import "GPUImageVignetteFilter.h" //暈影亡呵,形成黑色圓形邊緣,突出中間圖像的效果
#import "GPUImageSwirlFilter.h" //漩渦硫戈,中間形成卷曲的畫面
#import "GPUImageBulgeDistortionFilter.h" //凸起失真锰什,魚眼效果
#import "GPUImagePinchDistortionFilter.h" //收縮失真,凹面鏡
#import "GPUImageStretchDistortionFilter.h" //伸展失真丁逝,哈哈鏡
#import "GPUImageGlassSphereFilter.h" //水晶球效果
#import "GPUImageSphereRefractionFilter.h" //球形折射汁胆,圖形倒立
#import "GPUImagePosterizeFilter.h" //色調(diào)分離,形成噪點效果
#import "GPUImageCGAColorspaceFilter.h" //CGA色彩濾鏡霜幼,形成黑嫩码、淺藍(lán)、紫色塊的畫面
#import "GPUImagePerlinNoiseFilter.h" //柏林噪點罪既,花邊噪點
#import "GPUImage3x3ConvolutionFilter.h" //3x3卷積,高亮大色塊變黑,加亮邊緣刹缝、線條等
#import "GPUImageEmbossFilter.h" //浮雕效果糕殉,帶有點3d的感覺
#import "GPUImagePolkaDotFilter.h" //像素圓點花樣
#import "GPUImageHalftoneFilter.h" //點染,圖像黑白化,由黑點構(gòu)成原圖的大致圖形
#pragma mark - 混合模式 Blend
#import "GPUImageMultiplyBlendFilter.h" //通常用于創(chuàng)建陰影和深度效果
#import "GPUImageNormalBlendFilter.h" //正常
#import "GPUImageAlphaBlendFilter.h" //透明混合,通常用于在背景上應(yīng)用前景的透明度
#import "GPUImageDissolveBlendFilter.h" //溶解
#import "GPUImageOverlayBlendFilter.h" //疊加,通常用于創(chuàng)建陰影效果
#import "GPUImageDarkenBlendFilter.h" //加深混合,通常用于重疊類型
#import "GPUImageLightenBlendFilter.h" //減淡混合,通常用于重疊類型
#import "GPUImageSourceOverBlendFilter.h" //源混合
#import "GPUImageColorBurnBlendFilter.h" //色彩加深混合
#import "GPUImageColorDodgeBlendFilter.h" //色彩減淡混合
#import "GPUImageScreenBlendFilter.h" //屏幕包裹,通常用于創(chuàng)建亮點和鏡頭眩光
#import "GPUImageExclusionBlendFilter.h" //排除混合
#import "GPUImageDifferenceBlendFilter.h" //差異混合,通常用于創(chuàng)建更多變動的顏色
#import "GPUImageSubtractBlendFilter.h" //差值混合,通常用于創(chuàng)建兩個圖像之間的動畫變暗模糊效果
#import "GPUImageHardLightBlendFilter.h" //強光混合,通常用于創(chuàng)建陰影效果
#import "GPUImageSoftLightBlendFilter.h" //柔光混合
#import "GPUImageChromaKeyBlendFilter.h" //色度鍵混合
#import "GPUImageMaskFilter.h" //遮罩混合
#import "GPUImageHazeFilter.h" //朦朧加暗
#import "GPUImageLuminanceThresholdFilter.h" //亮度閾
#import "GPUImageAdaptiveThresholdFilter.h" //自適應(yīng)閾值
#import "GPUImageAddBlendFilter.h" //通常用于創(chuàng)建兩個圖像之間的動畫變亮模糊效果
#import "GPUImageDivideBlendFilter.h" //通常用于創(chuàng)建兩個圖像之間的動畫變暗模糊效果