iOS CoreImage之滤镜简单使用

时间  2019-11-17
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代码地址以下：
http://www.demodashi.com/demo/11605.htmlhtml

老骥伏枥，志在千里api

前记

最近一直在研究图像处理方面，既上一篇iOS Quart2D绘图之UIImage简单使用后，就一直在学习关于CoreImage图像滤镜处理。中间也看了很多文章，也获得了很多帮助，下面就结合这些知识和我本身的认识，记录一下，方便本身，方便他人安全

  • 做用：对图像进行滤镜操做，好比模糊、颜色改变、锐化、人脸识别等。
  • Core Graphics对比：基于Quartz 2D绘图引擎的绘图API，经过它能够进行绘图功能、经常使用的剪切裁剪合成等。
简介

Core Image是一个很强大的框架。它可让你简单地应用各类滤镜来处理图像，好比修改鲜艳程度, 色泽, 或者曝光。 它利用GPU（或者CPU）来很是快速、甚至实时地处理图像数据和视频的帧。而且隐藏了底层图形处理的全部细节，经过提供的API就能简单的使用了，无须关心OpenGL或者OpenGL ES是如何充分利用GPU的能力的，也不须要你知道GCD在其中发挥了怎样的做用，Core Image处理了所有的细节多线程

大概方式.png

实现方式

Core Image滤镜须要一副输入图像（生成图像的滤镜除外）以及一些定制滤镜行为的参数。被请求时，Core Image将滤镜应用于输入图像，并提供一副输出图像。在应用滤镜方面，Core Image的效率极高：仅当输出图像被请求时才应用滤镜，而不是在指定时就应用它们；另外，Core Image尽量将滤镜合并，以最大限度地减小应用滤镜的计算量。框架

涉及API
  • CIImage ：这是一个模型对象，它保存能构建图像的数据，能够是图像的Data，能够是一个文件，也能够是CIFilter输出的对象。
  • CIContext ：上下文，是框架真正工做的地方，它须要分配必要的内存，并编译和运行滤镜内核来执行图像处理。创建一个上下文是很是昂贵的，因此你会常常想建立一个反复使用的上下文。
  • CIFilter ：滤镜对象，主要是对图像进行处理的类。经过设置一些键值来控制滤镜的具体效果
    ******
    注：Core Image和Core Graphics使用的是左下原点坐标

到此有一个疑问？就是苹果怎么会弄出这么多image，好比CIImage、UIImage、CGImageRef，有什么区别呢？为了弄清这个问题，我也特别搜寻了一番，下面也记录一下函数

①UIImage：管理图片数据，主要用来展示，Image对象并无提供直接访问相关的图片数据的操做, 所以你老是经过已经存在的图片数据来建立它性能

②CGImage：是基于像素的矩阵，每一个点都对应了图片中点的像素信息学习

③CIImage：包含了建立图片的全部必要的数据，但其自己没有渲染成图片，它表明的是图像数据或者生成图像数据的流程（如滤镜）。拥有与之关联的图片数据, 但本质上并非一张图片，你能够CIImage对象做为一个图片的"配方"。CIImage对象拥有生成一张图片所具有的全部信息，但Core Image并不会真正的去渲染一张图片, 除非被要求这么作。
*******atom

使用方式
  • 1 . CIImage建立，在使用滤镜以前，你必需要先有一个CIImage对象，在拥有该对象后结合CIFilter才能实现咱们的滤镜效果。这里须要注意的是，若是直接使用image.cIImage，那么很遗憾的告诉你，你将获得一个nil，哈哈
    以下：

image.CIImage.png
缘由在UIImage的API中有介绍// returns underlying CIImage or nil if CGImageRef based，应该是说图片可能不是基于CIImage而建立的
正确的方式为线程

//获得CIImage
 CIImage *inputCIImage = [[CIImage alloc] initWithImage:_image];
  • 2 . CIFilter建立方式大概有下面三种
+(nullable CIFilter *) filterWithName:(NSString *) name
+(nullable CIFilter *)filterWithName:(NSString *)name
                        keysAndValues:key0, ... NS_REQUIRES_NIL_TERMINATION NS_SWIFT_UNAVAILABLE("");
+(nullable CIFilter *)filterWithName:(NSString *)name
                  withInputParameters:(nullable NSDictionary<NSString *,id> *)params NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);

方法上都差很少，只是后面两个在初始化的时候加入了一些键值，在API文档中，能够查到不少键值，这里须要说明下，键值kCIInputImageKey是咱们必需要设置的，这是为咱们的滤镜对象设置输入图像，图像的值为CIImage对象，方法以下

[_filter setValue:inputCIImage forKey:kCIInputImageKey];

方法中的name就是咱们须要用的滤镜效果，具体效果，能够在官网上面进行查询，以下

filter.png
下面，咱们以冲印效果为例，冲印属于CICategoryColorEffect中的CIPhotoEffectProcess

//建立滤镜对象
CIFilter *ciFilter = [CIFilter filterWithName:@"CIPhotoEffectProcess" keysAndValues:kCIInputImageKey,ciImage, nil];

大概效果以下

冲印.png

注意：
一、在设置键值的时候，咱们须要有选择性的进行设置，具体怎么选择呢？
好比上面的冲印效果，在官方文档是这么展现的

冲印展现.png
只有一个必须输入的inputImage，所以不须要其它参数就能够实现
又好比高斯模糊CIGaussianBlur，在官方文档中，是这么展现的

高斯模糊展现.png
若是咱们须要控制其模糊半径，能够这么设置

[ciFilter setValue:@(20.f) forKey:@"inputRadius"];

二、CIFilter 并非线程安全的，这意味着 一个 CIFilter对象不能在多个线程间共享。若是你的操做是多线程的，每一个线程都必须建立本身的 CIFilter 对象，而CIContext和CIImage对象都是不可修改的, 意味着它们能够在线程之间安全的共享。多个线程可使用一样的GPU或者CPU的CIContext对象来渲染CIImage对象

在CIFilter类中，还有一些其余函数，多是咱们须要用到的，这里也简单说明下

//输入的键值信息
NSArray<NSString *> *inputKeys;
//输出的键值信息
NSArray<NSString *> *outputKeys;
//返回滤镜的属性描述信息
NSDictionary<NSString *,id> *attributes;
//将全部输入键值的值设为默认值（曾经乱用，致使个人滤镜效果彻底没有任何反应，差点怀疑人生...）
- (void)setDefaults;
//根据滤镜的key查找其下面的因此子类效果
+ (NSArray<NSString *> *)filterNamesInCategory:(nullable NSString *)category
  • 3 . CIContext 在建立结果图片的时候须要用到，刚开始用的时候，出于好奇用了两种不一样的方法来返回结果，本觉得....我会有一个方式获取不处处理后的结果，然而大跌眼镜，竟然有....
CIImage *outPutImage = [ciFilter outputImage];
    //获取上下文
    CIContext *context = [CIContext contextWithOptions:nil];
    
    CGImageRef cgImage = [context createCGImage:outPutImage fromRect:outPutImage.extent];
    
    UIImage *filter_image = [UIImage imageWithCGImage:cgImage];
    CGImageRelease(cgImage);
    
    
//    UIImage *filter_image = [UIImage imageWithCIImage:outPutImage];

就是上面屏蔽的代码部分imageWithCIImage，这就使我纳闷了，因而猜想并查阅资料，原来在调用该方法的时候，实际上是隐式的声明了CIContext，这样看来，哇！好简单，省了我一堆代码，然而，这却引发另外的问题了，就是每次都会从新建立一个 CIContext，然而 CIContext的代价是很是高的。而且，CIContext 和 CIImage 对象是不可变的，在线程之间共享这些对象是安全的。因此多个线程可使用同一个 GPU 或者 CPU
CIContext对象来渲染 CIImage 对象。因此咱们不该该使用 imageWithCIImage 来生成UIImage，而应该用上述另一种方式来获取结果图像。

Core Image 效率

Core Image在处理图像的时候，能够有两种选择GPU、CPU，在Context中能够对其进行设置，经过设置键值，这里的键值为kCIContextUseSoftwareRenderer，默认状况下，是为GPU处理方式，若是将其设置为YES，则为CPU处理
以下

//CPU处理
CIContext *context = [CIContext contextWithOptions:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithBool:YES] forKey:kCIContextUseSoftwareRenderer]];

若是经过GPU的话，速度就会更快，利用了GPU硬件的并行优点，可使用 OpenGLES 或者Metal 来渲染图像，这种方式CPU彻底没有负担，应用程序的运行循环不会受到图像渲染的影响。可是也有个问题，就是若是APP运行到后台的时候，GPU就会中止处理，等回到前台的时候又继续，而若是采起CPU来处理的话，就不会出现这么一种状况，在前面的图中，咱们能够看到CPU是采用GCD的方式来对图像进行渲染。因此在使用的时候，仍是须要分状况，若是是处理复杂的操做，好比高斯模糊这样的，建议仍是用GPU来处理，能够节省CPU的开销，若是在后台还须要操做的话，可使用CPU来操做。

//
    CIImage *outPutImage = [ciFilter outputImage];
    //获取上下文
    CIContext *context = [CIContext contextWithOptions:nil];
    
    CGImageRef cgImage = [context createCGImage:outPutImage fromRect:outPutImage.extent];
    
    UIImage *filter_image = [UIImage imageWithCGImage:cgImage];
    CGImageRelease(cgImage);

上面的这段代码是经过GPU的方式来处理图像，而后获得结果UIImage，最后再赋值给UIImageView。

1.jpg

分析下这个过程：
一、将图像上传到GPU，而后进行滤镜处理
二、获得CGImageRef cgImage的时候，又将图像复制到了CPU上
三、在赋值给UIImageView进行显示的时候，又须要经过GPU处理位图数据，进行渲染
这样的话，咱们就在GPU-CPU-GPU上循环操做，在性能上确定是有必定的损耗的，那么为了不这种问题，咱们该这怎么办呢？
查看API，咱们能够看到有这么一个函数

+ (CIContext *)contextWithEAGLContext:(EAGLContext *)eaglContext

EAGLContext：是基于OpenGL ES的上下文
经过上面的函数，咱们经过OpenGL ES的上下文建立的Core Image的上下文就能够实时渲染了，而且渲染图像的过程始终在 GPU上进行，可是要显示图像，又该怎么办呢？若是仍是用UIImageView的话，那么势必会回到CPU上，这里，咱们能够用GLKView，一个属于GLKIT中的类，经过GLKView和其属性@property (nonatomic, retain) EAGLContext *context来将图像绘制出来，这样的话，就能保证咱们的滤镜，一直在GPU上进行，大大的提升效率。
针对该方案，我自定义了一个相似UIImageView的类FilterImageView

//FilterImageView.h
#import <GLKit/GLKit.h>

@interface FilterImageView : GLKView

@property (nonatomic,strong) UIImage *image;

@property (nonatomic,strong) CIFilter *filter;

@end

.m文件核心代码

//FilterImageView.m
- (id)initWithFrame:(CGRect)frame
{
    EAGLContext *context = [[EAGLContext alloc] initWithAPI:kEAGLRenderingAPIOpenGLES2];
    self = [super initWithFrame:frame context:context];
    if (self) {
        
        _ciContext = [CIContext contextWithEAGLContext:context options:[NSDictionary dictionaryWithObject:[NSNumber numberWithBool:NO] forKey:kCIContextUseSoftwareRenderer]];
        //超出父视图 进行剪切
        self.clipsToBounds = YES;
    }
    return self;
}

- (void)drawRect:(CGRect)rect
{
    if (_ciContext && _image) {
        //获得CIImage
        CIImage *inputCIImage = [[CIImage alloc] initWithImage:_image];
        
        CGRect inRect = [self imageBoundsForContentModeWithFromRect:inputCIImage.extent
                                                             toRect:CGRectMake(0, 0, self.drawableWidth, self.drawableHeight)];
        
        if (_filter) {
            [_filter setValue:inputCIImage forKey:kCIInputImageKey];
            //根据filter获得输出图像
            if (_filter.outputImage) {
                //渲染开始
                [_ciContext drawImage:_filter.outputImage
                               inRect:inRect
                             fromRect:inputCIImage.extent];
            }
        }else{
            [_ciContext drawImage:inputCIImage
                           inRect:inRect
                         fromRect:inputCIImage.extent];
        }
    }
}
项目文件截图：


如此以后，咱们就能提升滤镜的效率，特别是一些复杂的。
关于滤镜，能写的就只要这么多了，在学习中，也确实发现这是一个好东西，能够作不少炫酷的东西出来，为此，特地作了一个简单的[Demo]，目前还未完善，但愿各位勿喷。iOS CoreImage之滤镜简单使用

代码地址以下：
http://www.demodashi.com/demo/11605.html

注：本文著做权归做者，由demo大师代发，拒绝转载，转载须要做者受权

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