Metal每日分享,不同色彩空间转换滤镜效果

简介: Metal每日分享,不同色彩空间转换滤镜效果

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实操代码


// 色彩空间转换滤镜
let filter = C7ColorSpace.init(with: .rgb_to_yuv)
// 方案1:
ImageView.image = try? BoxxIO(element: originImage, filters: [filter, filter2, filter3]).output()
// 方案2:
ImageView.image = originImage.filtering(filter, filter2, filter3)
// 方案3:
ImageView.image = originImage ->> filter ->> filter2 ->> filter3


效果对比图


不同参数下效果

rgb_to_yiq yiq_to_rgb rgb_to_yuv

1.png

1.png

1.png


实现原理


过滤器

这款滤镜采用并行计算编码器设计.compute(kernel: type.rawValue)

/// 色彩空间转换
public struct C7ColorSpace: C7FilterProtocol {
    public enum SwapType: String, CaseIterable {
        case rgb_to_yiq = "C7ColorSpaceRGB2YIQ"
        case yiq_to_rgb = "C7ColorSpaceYIQ2RGB"
        case rgb_to_yuv = "C7ColorSpaceRGB2YUV"
        case yuv_to_rgb = "C7ColorSpaceYUV2RGB"
    }
    private let type: SwapType
    public var modifier: Modifier {
        return .compute(kernel: type.rawValue)
    }
    public init(with type: SwapType) {
        self.type = type
    }
}

着色器

每条通道乘以各自偏移求和得到Y,用Y作为新的像素rgb;

kernel void C7ColorSpaceRGB2Y(texture2d<half, access::write> outputTexture [[texture(0)]],
                              texture2d<half, access::read> inputTexture [[texture(1)]],
                              uint2 grid [[thread_position_in_grid]]) {
    const half4 inColor = inputTexture.read(grid);
    const half Y = half((0.299 * inColor.r) + (0.587 * inColor.g) + (0.114 * inColor.b));
    const half4 outColor = half4(Y, Y, Y, inColor.a);
    outputTexture.write(outColor, grid);
}
// See: https://en.wikipedia.org/wiki/YIQ
kernel void C7ColorSpaceRGB2YIQ(texture2d<half, access::write> outputTexture [[texture(0)]],
                                texture2d<half, access::read> inputTexture [[texture(1)]],
                                uint2 grid [[thread_position_in_grid]]) {
    const half4 inColor = inputTexture.read(grid);
    const half3x3 RGBtoYIQ = half3x3({0.299, 0.587, 0.114}, {0.596, -0.274, -0.322}, {0.212, -0.523, 0.311});
    const half3 yiq = RGBtoYIQ * inColor.rgb;
    const half4 outColor = half4(yiq, inColor.a);
    outputTexture.write(outColor, grid);
}
kernel void C7ColorSpaceYIQ2RGB(texture2d<half, access::write> outputTexture [[texture(0)]],
                                texture2d<half, access::read> inputTexture [[texture(1)]],
                                uint2 grid [[thread_position_in_grid]]) {
    const half4 inColor = inputTexture.read(grid);
    const half3x3 YIQtoRGB = half3x3({1.0, 0.956, 0.621}, {1.0, -0.272, -0.647}, {1.0, -1.105, 1.702});
    const half3 rgb = YIQtoRGB * inColor.rgb;
    const half4 outColor = half4(rgb, inColor.a);
    outputTexture.write(outColor, grid);
}
// See: https://en.wikipedia.org/wiki/YUV
kernel void C7ColorSpaceRGB2YUV(texture2d<half, access::write> outputTexture [[texture(0)]],
                                texture2d<half, access::read> inputTexture [[texture(1)]],
                                uint2 grid [[thread_position_in_grid]]) {
    const half4 inColor = inputTexture.read(grid);
    const half3x3 RGBtoYUV = half3x3({0.299, 0.587, 0.114}, {-0.299, -0.587, 0.886}, {0.701, -0.587, -0.114});
    const half3 yuv = RGBtoYUV * inColor.rgb;
    const half4 outColor = half4(yuv, inColor.a);
    outputTexture.write(outColor, grid);
}
kernel void C7ColorSpaceYUV2RGB(texture2d<half, access::write> outputTexture [[texture(0)]],
                                texture2d<half, access::read> inputTexture [[texture(1)]],
                                uint2 grid [[thread_position_in_grid]]) {
    const half4 inColor = inputTexture.read(grid);
    const half3x3 YUVtoRGB = half3x3({1.0, 0.0, 1.28033}, {1.0, -0.21482, -0.38059}, {1.0, 2.21798, 0.0});
    const half3 rgb = YUVtoRGB * inColor.rgb;
    const half4 outColor = half4(rgb, inColor.a);
    outputTexture.write(outColor, grid);
}


色彩空间

YIQ

在YIQ系统中,是NTSC(National Television Standards Committee)电视系统标准;

Y是提供黑白电视及彩色电视的亮度信号Luminance,即亮度Brightness;

I代表In-phase,色彩从橙色到青色;

Q代表Quadrature-phase,色彩从紫色到黄绿色;

1.png

转换公式如下:

1.png

YUV

YUV是在工程师想要在黑白基础设施中使用彩色电视时发明的。他们需要一种信号传输方法,既能与黑白 (B&W) 电视兼容,又能添加颜色。亮度分量已经作为黑白信号存在;他们将紫外线信号作为解决方案添加到其中。

由于 U 和 V 是色差信号,因此在直接 R 和 B 信号上选择色度的 UV 表示。换句话说,U 和 V 信号告诉电视在不改变亮度的情况下改变某个点的颜色。
或者 U 和 V 信号告诉显示器以牺牲另一种颜色为代价使一种颜色更亮,以及它应该移动多少。
U 和 V 值越高(或负值越低),斑点的饱和度(色彩)就越高。
U 值和 V 值越接近零,颜色偏移越小,这意味着红、绿和蓝光的亮度会更均匀,从而产生更灰的点。
这是使用色差信号的好处,即不是告诉颜色有多少红色,而是告诉红色比绿色或蓝色多多少。
反过来,这意味着当 U 和 V 信号为零或不存在时,它只会显示灰度图像。
如果使用 R 和 B,即使在黑白场景中,它们也将具有非零值,需要所有三个数据承载信号。
这在早期的彩色电视中很重要,因为旧的黑白电视信号没有 U 和 V 信号,这意味着彩色电视开箱后只会显示为黑白电视。
此外,黑白接收器可以接收 Y' 信号并忽略 U 和 V 颜色信号,使 YUV 向后兼容所有现有的黑白设备、输入和输出。
如果彩色电视标准不使用色差信号,这可能意味着彩色电视会从 B& 中产生有趣的颜色 W 广播,否则需要额外的电路将黑白信号转换为彩色。
有必要为色度通道分配较窄的带宽,因为没有可用的额外带宽。
如果某些亮度信息是通过色度通道到达的(如果使用 RB 信号而不是差分 UV 信号,就会出现这种情况),黑白分辨率就会受到影响。

YUV 模型定义了一个亮度分量 (Y),表示物理线性空间亮度,以及两个色度分量,分别称为 U(蓝色投影)和 V(红色投影)。它可用于在 RGB 模型之间进行转换,并具有不同的颜色空间

1.png

转换公式如下:

1.png


Harbeth功能清单


支持ios系统和macOS系统

支持运算符函数式操作

支持多种模式数据源 UIImage, CIImage, CGImage, CMSampleBuffer, CVPixelBuffer.

支持快速设计滤镜

支持合并多种滤镜效果

支持输出源的快速扩展

支持相机采集特效

支持视频添加滤镜特效

支持矩阵卷积

支持使用系统 MetalPerformanceShaders.

支持兼容 CoreImage.

滤镜部分大致分为以下几个模块:

Blend:图像融合技术

Blur:模糊效果

Pixel:图像的基本像素颜色处理

Effect:效果处理

Lookup:查找表过滤器

Matrix: 矩阵卷积滤波器

Shape:图像形状大小相关

Visual: 视觉动态特效

MPS: 系统 MetalPerformanceShaders.


最后


慢慢再补充其他相关滤镜,喜欢就给我点个星🌟吧。

滤镜Demo地址,目前包含100+种滤镜,同时也支持CoreImage混合使用。

再附上一个开发加速库KJCategoriesDemo地址

再附上一个网络基础库RxNetworksDemo地址

喜欢的老板们可以点个星🌟,谢谢各位老板!!!✌️.

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