在HTML 5 的 Canvas 中应用卷积矩阵对图像处理

HTML 5中的 canvas 元素是相当强大的,利用他的 getImageData 方法可以对载入的图像直接进行位图操作。但是直接对位图进行操作比较麻烦,如果利用卷积矩阵这个工具的话,可以通过几个简单的参数实现复杂的效果。

所谓的矩阵的卷积,就是如下图显示的那样,当计算红色框中的数值的时候,分别先提取周围绿框中8个数字,然后与施加的那个矩阵中对应位置相乘,然后把各个乘积加在一起,就得到了最终的值了。

卷积矩阵的运算

比如上图中的42是这么来的:

  (40*0)+(42*1)+(46*0)
+ (46*0)+(50*0)+(55*0)
+ (52*0)+(56*0)+(58*0)
= 42

这就是卷积了。然后,所谓的对图像的卷积操作,就是指对图像上的每一点的像素值,用这个矩阵进行运算,得到一个新的值。

比如下面这张图
卷积矩阵原图
利用下面这个矩阵
-6 -3 0
-3 -1 3
0 3 6
就立刻能够得到浮雕效果。

卷积矩阵浮雕效果

然后为了使用更方便,通常还会给最终值除以一个系数以及加上一个偏移。
比如下面这个矩阵。
0 0 0
0 1 0
0 0 0
这个矩阵(实际上这个矩阵本身不对图像进行任何操作),然后设置系数为-1,偏移为255的话,就能实现反色效果了,真是相当的神奇。
卷积矩阵反色效果

为了简化操作,我写了个简单的函数来对图像数据进行操作。
函数第一个参数是 canvas上的 imageData 对象
第二个参数是传入矩阵所对应的数组,如果是下面这样的矩阵
a b c
d e f
g h i
则传入第二个的参数应为 [a,b,c,d,e,f,g,h,i]
第三个参数是除数因子。
第四个参数就是偏移量。

// 计算卷积矩阵的函数
function ConvolutionMatrix(input, matrix, divisor, offset){
// 创建一个输出的 imageData 对象
var output = document.createElement(“canvas”)
.getContext(‘2d’).createImageData(input);

var w = input.width, h = input.height;
var iD = input.data, oD = output.data;
var m = matrix;

// 对除了边缘的点之外的内部点的 RGB 进行操作,透明度在最后都设为 255
for (var y = 1; y < h-1; y += 1) { for (var x = 1; x < w-1; x += 1) { for (var c = 0; c < 3; c += 1) { var i = (y*w + x)*4 + c; oD[i] = offset +(m[0]*iD[i-w*4-4] + m[1]*iD[i-w*4] + m[2]*iD[i-w*4+4] + m[3]*iD[i-4] + m[4]*iD[i] + m[5]*iD[i+4] + m[6]*iD[i+w*4-4] + m[7]*iD[i+w*4] + m[8]*iD[i+w*4+4]) / divisor; } oD[(y*w + x)*4 + 3] = 255; // 设置透明度 } } return output; }

我这里只写了个3阶的卷积矩阵。如果觉得不够high还可以自己实现一个5阶的。
gimp自带卷积矩阵的滤镜,photoshop里我没找到。
关于gimp的卷积矩阵滤镜可以参考: http://docs.gimp.org/en/plug-in-convmatrix.html

我写的更多效果直接查看: http://shawphy.github.com/share/2011/matrix.html

关于 canvas 的资料可以查看 https://developer.mozilla.org/cn/Canvas_tutorial

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