本文将为大家介绍常见的IOS图像处理操作包括以下四部分:旋转,缩放,裁剪以及像素和UIImage之间的转化,主要使用的知识是quartz2D。Quartz2D是CoreGraphics框架中的一个重要组成部分,可以完成几乎所有的2D图像绘制,处理功能。跟window编程中GDI的功能一样,而且很多概念都差不多。
一、图像旋转
图像旋转是图像处理过程中一中常见操作,按照旋转的角度不同,可以分为以下两种:
1、特殊角度旋转
特殊角度旋转是指对图像做90°,180°,270°等这一类旋转,这一类旋转操作通常是最频繁的,如看照片时偶尔会碰到一些方向有问题,我们只需要进行简单的左转90°,右转90°就可以装好。关于特殊角度旋转的处理我的上一篇博客《IOS:聊一聊UIImage几点知识》有介绍过创建图像时指定imageOrientation来完成,有兴趣可以去看看。这种方法由于没有牵扯到具体的绘制操作,因此速度很快,在IOS和Mac系统中都可以正确显示,但是如果将图片倒到windows系统中,方向可能依然是错的,具体原因上一篇文章也解释过了。
2、任意角度旋转
任意角度旋转顾名思义即对图像做任意角度的旋转,可能是30°也可能是35°等等。很显然这一种旋转是没法通过imageOrientaion来完成的,因此我们得想点儿别的办法。我们知道UIView有一个transform属性,通过设置transform可以实现偏移,缩放,旋转的效果。在quartz2D中我们也同样可以通过对context设置不同的transform来完成相应的功能,下面我们要介绍的任意角度旋转的方法就是基于对context的一系列操作来完成的。
这块儿你可能有个疑问,问什么让UIView旋转只需要设置一个旋转的transform就可以了,而context则需要通过“一系列”的transform操作才能完成相应的功能?
原因是UIView中我们通过transform进行的所有操作都是基于view的中心点的,而context中我们进行的操作是基于context的坐标原点。下面我们首先看一下UIView进行旋转时的图示:
由于旋转时绕着中心点转动,所以我们只需要一步就可以从原位置(黑色表示)转到目标位置(蓝色表示),其中黑色虚线和蓝色虚线之间的夹角就是转过的角度。我们想一下如果转动时绕着左上角的原点转动,完成同样角度转动后会是怎么一种情况呢?请看下图
如上图所示,由于旋转是绕着原点进行的,虽然我们转过了相同的角度,但是得到的结果却相差甚远。因此context中如果想把一幅图片旋转任意角度的话,至少得进行两步:旋转和平移。
第一步旋转很好做,问题是第二部如何从旋转过后图片的中心移动到原图中心,这个计算还不是那么直观。于是我们想着去模拟UIView的旋转,我们分如下三步走:
我们设图片的宽度为width,高度为height,旋转的三个步骤依次如上图所示:
a、将context进行平移,将原点移动到原图的中心位置,x,y方向的平移距离分别为width / 2,height / 2。
b、对context进行旋转操作。
c、将旋转后的图像的中心点重新移回原图的中心点,即x,y方向的平移距离分别是-width / 2,-height / 2。
进过这三步我们就可以很方便的实现图片的任意角度旋转了。你可能会发现步骤a中向下移动了半个图片宽高,步骤c中又向相反方向移动了半个图片宽高。这两个操作不会抵消吗?答案是NO,步骤a中我们的移动是基于原坐标系统进行移动的,到了步骤c时我们的移动是基于这个时候的坐标系移动的,两个坐标系是不一样的,所以才能通过一来一回完成对图片的旋转。
图片旋转的代码如下:
// // UIImage+Rotate_Flip.m // SvImageEdit // // Created by maple on 5/14/13. // Copyright (c) 2013 smileEvday. All rights reserved. // #import "UIImage+Rotate_Flip.h" /* * @brief rotate image with radian */ - (UIImage*)rotateImageWithRadian:(CGFloat)radian cropMode:(SvCropMode)cropMode { CGSize imgSize = CGSizeMake(self.size.width * self.scale, self.size.height * self.scale); CGSize outputSize = imgSize; if (cropMode == enSvCropExpand) { CGRect rect = CGRectMake(0, 0, imgSize.width, imgSize.height); rect = CGRectApplyAffineTransform(rect, CGAffineTransformMakeRotation(radian)); outputSize = CGSizeMake(CGRectGetWidth(rect), CGRectGetHeight(rect)); } UIGraphicsBeginImageContext(outputSize); CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext(); CGContextTranslateCTM(context, outputSize.width / 2, outputSize.height / 2); CGContextRotateCTM(context, radian); CGContextTranslateCTM(context, -imgSize.width / 2, -imgSize.height / 2); [self drawInRect:CGRectMake(0, 0, imgSize.width, imgSize.height)]; UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext(); UIGraphicsEndImageContext(); return image; }
其中的CropMode定义如下:
enum { enSvCropClip, // the image size will be equal to orignal image, some part of image may be cliped enSvCropExpand, // the image size will expand to contain the whole image, remain area will be transparent }; typedef NSInteger SvCropMode;
clip模式下,旋转后的图片和原图一样大,部分图片区域会被裁剪掉;expand模式下,旋转后的图片可能会比原图大,所有的图片信息都会保留,剩下的区域会是全透明的。
小结:第一部分讲述了两种图片旋转的方法,第一种方法处理速度块,但是只能处理特殊角度旋转。第二种方法处理速度比第一种要慢,因为牵扯到了实际的绘制和重新采样生成图片的过程。在实际操作中如果第一种方法满足需求,应该尽量使用第一种方法完成图片旋转。
二、图像缩放
图像缩放顾名思义即对图片的尺寸进行缩放,由于尺寸不同所以在生成新图的过程中像素不可能是一一对应,因此会有插值操作。所谓插值即根据原图和目标图大小比例,结合原图像素信息生成的新的像素的过程。常见的插值算法有线性插值,双线性插值,立方卷积插值等。网上有很多现成的算法,感兴趣的话可以去看看。
下面我们看看图像缩放的原理图示:
上图中,我们假设黑色代表原图尺寸,蓝色代表缩放后的尺寸。我们将图片放大两倍,那么原图中的每一个像素将会对应缩放后图片中的四个像素。如何从一个像素生成四个像素,这个就是插值算法要解决的问题。
今天我们主要讨论IOS图像处理,使用quartz2D帮助我们完成图像缩放,只需要通过CGContextSetInterpolationQuality函数即可完成插值质量的设置。之于底层具体使用哪种插值算法,我们无从得知,也不需要去关心。使用quartz2D解决图像缩放的时候,所有我们需要做的事情只有生成一个目标大小的画布,然后设置插值质量,再使用UIImage的draw方法将图片绘制到画布中即可。
下面看代码:
// // UIImage+Zoom.h // SvImageEdit // // Created by maple on 5/22/13. // Copyright (c) 2013 maple. All rights reserved. // #import <UIKit/UIKit.h> enum { enSvResizeScale, // image scaled to fill enSvResizeAspectFit, // image scaled to fit with fixed aspect. remainder is transparent enSvResizeAspectFill, // image scaled to fill with fixed aspect. some portion of content may be cliped }; typedef NSInteger SvResizeMode; @interface UIImage (Zoom) /* * @brief resizeImage * @param newsize the dimensions(pixel) of the output image */ - (UIImage*)resizeImageToSize:(CGSize)newSize resizeMode:(SvResizeMode)resizeMode; @end
// // UIImage+Zoom.m // SvImageEdit // // Created by maple on 5/22/13. // Copyright (c) 2013 maple. All rights reserved. // #import "UIImage+Zoom.h" @implementation UIImage (Zoom) /* * @brief resizeImage * @param newsize the dimensions(pixel) of the output image */ - (UIImage*)resizeImageToSize:(CGSize)newSize resizeMode:(SvResizeMode)resizeMode { CGRect drawRect = [self caculateDrawRect:newSize resizeMode:resizeMode]; UIGraphicsBeginImageContext(newSize); CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext(); CGContextClearRect(context, CGRectMake(0, 0, newSize.width, newSize.height)); CGContextSetInterpolationQuality(context, 0.8); [self drawInRect:drawRect blendMode:kCGBlendModeNormal alpha:1]; UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext(); UIGraphicsEndImageContext(); return image; } // caculate drawrect respect to specific resize mode - (CGRect)caculateDrawRect:(CGSize)newSize resizeMode:(SvResizeMode)resizeMode { CGRect drawRect = CGRectMake(0, 0, newSize.width, newSize.height); CGFloat imageRatio = self.size.width / self.size.height; CGFloat newSizeRatio = newSize.width / newSize.height; switch (resizeMode) { case enSvResizeScale: { // scale to fill break; } case enSvResizeAspectFit: // any remain area is white { CGFloat newHeight = 0; CGFloat newWidth = 0; if (newSizeRatio >= imageRatio) { // max height is newSize.height newHeight = newSize.height; newWidth = newHeight * imageRatio; } else { newWidth = newSize.width; newHeight = newWidth / imageRatio; } drawRect.size.width = newWidth; drawRect.size.height = newHeight; drawRect.origin.x = newSize.width / 2 - newWidth / 2; drawRect.origin.y = newSize.height / 2 - newHeight / 2; break; } case enSvResizeAspectFill: { CGFloat newHeight = 0; CGFloat newWidth = 0; if (newSizeRatio >= imageRatio) { // max height is newSize.height newWidth = newSize.width; newHeight = newWidth / imageRatio; } else { newHeight = newSize.height; newWidth = newHeight * imageRatio; } drawRect.size.width = newWidth; drawRect.size.height = newHeight; drawRect.origin.x = newSize.width / 2 - newWidth / 2; drawRect.origin.y = newSize.height / 2 - newHeight / 2; break; } default: break; } return drawRect; } @end
这个工具类里面,实现了三种缩放模式(与缩放质量无关),分别是: enSvResizeScale,enSvResizeAspectFit,enSvResizeAspectFill。
a、拉伸填充。即不管目标尺寸中宽高的比例如何,我们都将对原图进行拉伸,使之充满整个目标图像。
b、保持比例显示。即缩放后尽量使原图最大,同事维持原图本身的比例,剩余区域将会做全透明的填充。这个类似于UIImageView中contentMode中的UIViewContentModeScaleAspectFit模式。
c、保持比例填充。即缩放后的图像依旧保持原图比例的基础上进行填充,部分图片可能会被裁剪。这个类似于UIImageView中contentMode中的UIViewContentModeScaleAspectFill模式。
小结: 第二部分讲述使用quartz2D进行图像缩放的知识,我们可以看出quartz2D帮我们完成了图像缩放过程中插值的处理,十分方便。
三、图像裁剪
图像裁剪即去除不必要的图像区域,抠出我们希望保留的信息。按照裁剪形状可以分为以下两种:
1、矩形裁剪
矩形裁剪是最常见的裁剪操作,操作方法比较简单。下面我们看一下矩形裁剪示意图:
上图中黑色的框代表原图大小,蓝色的虚线框代表要裁剪出来的大小。很显然裁剪出来的图片不会比原图更大,如果你裁剪出来的图片比原图更大的话通常情况下就错了,当然除非你刻意为之。我们设裁剪区域的左上角坐标为(x,y),裁剪的宽高分别为cropWidth,cropHeight,原图像宽高分别为width,height。要完成裁剪功能,我们只需要三步:
a、创建目标大小(cropWidth,cropHeight)的画布。
b、使用UIImage的drawInRect方法进行绘制的时候,指定rect为(-x,-y,width,height)。
c、从画布中得到裁剪后的图像。
关键是在第二步,指定原图像的绘制区域,因为我们需要得到从x,y位置开始的图像,所做一个简单的坐标转换,只需要从-x,-y位置开始绘制即可。
下面是裁剪部分的源码:
// UIImage+SvImageEdit.m // SvImageEdit // // Created by maple on 5/8/13. // Copyright (c) 2013 maple. All rights reserved. // #import "UIImage+Crop.h" @implementation UIImage (SvImageEdit) /* * @brief crop image */ - (UIImage*)cropImageWithRect:(CGRect)cropRect { CGRect drawRect = CGRectMake(-cropRect.origin.x , -cropRect.origin.y, self.size.width * self.scale, self.size.height * self.scale); UIGraphicsBeginImageContext(cropRect.size); CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext(); CGContextClearRect(context, CGRectMake(0, 0, cropRect.size.width, cropRect.size.height)); [self drawInRect:drawRect]; UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext(); UIGraphicsEndImageContext(); return image; } @end
2、任意形状裁剪
任意形状裁剪一个比较典型的例子就是photo中通过磁性套索进行抠图,通过指定一系列的关键点来控制要扣出的图片区域。这种裁剪的实现比矩形裁剪要稍微复杂一点,主要用到quartz2D中的两个知识: Path,Clipping Area。任意形状裁剪的示意图如下:
上图中黑色的框代表原图大小,虚线代表实际裁剪的形状,蓝色的框代表着时间裁剪路径的边框,完成任意形状抠图,通常需要以下六步:
a、通过给定的点集确定出整个裁剪区域的尺寸和位置cropRect,即目标画布的大小和裁剪区域的左上角的位置。
通常有两种方法可以完成这个需求: 第一种创建一个空的画布,然后开始一个Path,添加所有的点到path中,CGContextGetPathBoundingBox获取到裁剪区域的边框。或者直接创建一个mutablePath,然后添加所有点到该path中,通过通过CGPathGetBoundingBox获取裁剪区域的边框。当然也可以通过自己遍历点集重的每一个点,找到最小点的坐标和最大点的坐标计算出裁剪区域的边框。
b、创建目标大小的画布。
c、在目标画布中开启一个path,然后添加所有点到path中。
这块需要对path进行一个移动操作,因为传入的点集是相对于原图的原点位置的,因此我们需要对该path做一个(-cropRect.origin.x,-cropRect.origin.y)的平移操作。
d、通过该path设置裁剪区域。
e、使用UIImage的drawInRect方法进行绘制的时候,指定rect为(-cropRect.origin.x,-cropRect.origin.x,cropRect.size.width,cropRect.size.height)。
f、从画布中获取目标图像。
下面是任意形状裁剪的源码:
// // UIImage+SvImageEdit.m // SvImageEdit // // Created by maple on 5/8/13. // Copyright (c) 2013 maple. All rights reserved. // #import "UIImage+Crop.h" @implementation UIImage (SvImageEdit) /* * @brief crop image with path */ - (UIImage*)cropImageWithPath:(NSArray*)pointArr { if (pointArr.count == 0) { return nil; } CGPoint *points = malloc(sizeof(CGPoint) * pointArr.count); for (int i = 0; i < pointArr.count; ++i) { points[i] = [[pointArr objectAtIndex:i] CGPointValue]; } UIGraphicsBeginImageContext(CGSizeMake(self.size.width * self.scale, self.size.height * self.scale)); CGContextRef context = UIGraphicsGetCurrentContext(); CGContextBeginPath(context); CGContextAddLines(context, points, pointArr.count); CGContextClosePath(context); CGRect boundsRect = CGContextGetPathBoundingBox(context); UIGraphicsEndImageContext(); UIGraphicsBeginImageContext(boundsRect.size); context = UIGraphicsGetCurrentContext(); CGContextClearRect(context, CGRectMake(0, 0, boundsRect.size.width, boundsRect.size.height)); CGMutablePathRef path = CGPathCreateMutable(); CGAffineTransform transform = CGAffineTransformMakeTranslation(-boundsRect.origin.x, -boundsRect.origin.y); CGPathAddLines(path, &transform, points, pointArr.count); CGContextBeginPath(context); CGContextAddPath(context, path); CGContextClip(context); [self drawInRect:CGRectMake(-boundsRect.origin.x, -boundsRect.origin.y, self.size.width * self.scale, self.size.height * self.scale)]; UIImage *image = UIGraphicsGetImageFromCurrentImageContext(); CGPathRelease(path); UIGraphicsEndImageContext(); return image; } @end
小结: 第三部分讲述了两种裁剪: 矩形裁剪,任意形状裁剪,主要用到的知识是quartz2D中的path和clipping area。
四、获取UIImage中图像的像素和使用像素创建UIImage
UIImage是UIKit中一个存储和绘制图像的工具类,可以打开常见的jpg,png,tif等格式的图片。IOS中通常情况下使用该类就可以满足日常使用了,但有些时候我们也需要获取到图像的像素,进行更细粒度的编辑操作,例如灰度化,二值话等等。
1、从UIImage获取像素
要获取到UIImage所表示的图像的像素,我们需要借助quartz2D中的CGBitmapContext,前面我们创建BitmapContext的时候都是使用UIKit中的一个便利方法UIGraphicsBeginImageContext,这个方法的好处是方便易用,但易用的同时也就导致了很多细节我们不能控制。为了得到图片中的像素我们需要使用更低级别的CGBitmapContextCreate方法,该方法需要指定位深(RGB中每一位所占的字节),颜色空间(前面的博客中有提到)以及alpha信息等。
完成获取像素需要以下四步:
a、申请图像大小的内存。
b、使用CGBitmapContextCreate方法创建画布。
c、使用UIImage的draw方法绘制图像到画布中。
d、使用CGBitmapContextGetData方法获取画布对应的像素数据。
代码如下:
// return bmpData is rgba - (BOOL)getImageData:(void**)data width:(NSInteger*)width height:(NSInteger*)height alphaInfo:(CGImageAlphaInfo*)alphaInfo { int imgWidth = self.size.width * self.scale; int imgHegiht = self.size.height * self.scale; CGColorSpaceRef colorspace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB(); if (colorspace == NULL) { NSLog(@"Create Colorspace Error!"); return NO; } void *imgData = NULL; imgData = malloc(imgWidth * imgHegiht * 4); if (imgData == NULL) { NSLog(@"Memory Error!"); return NO; } CGContextRef bmpContext = CGBitmapContextCreate(imgData, imgWidth, imgHegiht, 8, imgWidth * 4, colorspace, kCGImageAlphaPremultipliedLast); CGContextDrawImage(bmpContext, CGRectMake(0, 0, imgWidth, imgHegiht), self.CGImage); *data = CGBitmapContextGetData(bmpContext); *width = imgWidth; *height = imgHegiht; *alphaInfo = kCGImageAlphaLast; CGColorSpaceRelease(colorspace); CGContextRelease(bmpContext); return YES; }
2、从像素创建UIImage
上面讲到了从UIImage获取像素,在我们编辑完像素以后,大部分情况会需要重新生成UIImage并显示出来。这一部分的逻辑跟上一部分差不多,通过传进来的像素创建画布,然后通过CGBitmapContextCreateImage方法从画布中获取到CGImage,最后再创建出UIImage。注意如果指定的alpha信息需要和实际的像素格式对应,否则会得到错误的效果。
下面是从像素创建UIImage的源码:
// the data should be RGBA format + (UIImage*)createImageWithData:(Byte*)data width:(NSInteger)width height:(NSInteger)height alphaInfo:(CGImageAlphaInfo)alphaInfo { CGColorSpaceRef colorSpaceRef = CGColorSpaceCreateDeviceRGB(); if (!colorSpaceRef) { NSLog(@"Create ColorSpace Error!"); } CGContextRef bitmapContext = CGBitmapContextCreate(data, width, height, 8, width * 4, colorSpaceRef, kCGImageAlphaPremultipliedLast); if (!bitmapContext) { NSLog(@"Create Bitmap context Error!"); CGColorSpaceRelease(colorSpaceRef); return nil; } CGImageRef imageRef = CGBitmapContextCreateImage(bitmapContext); UIImage *image = [[UIImage alloc] initWithCGImage:imageRef]; CGImageRelease(imageRef); CGColorSpaceRelease(colorSpaceRef); CGContextRelease(bitmapContext); return image; }
小结: 第四部分主要讨论了一下UIImage和实际像素数据之间的相互转换,整个流程中最关键的函数就是CGBitmapContextCreateImage,如果传入参数错误,可能会得到错误的结果。
总结:本篇博客中讨论了IOS中常见的图像编辑操作的原理和实现方法,所有操作都是基于quartz2D框架。quartz2D框架在完成2D图像的编辑和绘制方面功能还是很强大的,还包括了pattern,shadow,gradients以及pdf的加载和展示等等,文中所用到只是quartz2D中很少的一部分知识,学会了quartz2D你就可以写一个完整的图片编辑软件。
注: 文中所有图片都是我用quartz2D绘制的,转载请注明出去,有什么不对的地方,欢迎指正。
部门招人: 高级iOS、Android、前端开发,有意私聊,博主请你喝️
如果觉得本文帮到了你,记得点赞哦,当然也可以请博主喝一杯豆浆
微信二维码 | QQ二维码 |