Android色彩矩阵——ColorMatrix

在Android的开发中，我们少不了对图片进行处理，其中最常使用的数据结构就是位图Bitmap，它包含了一张图片的所有数据。

既然是位图那它就是由一个个像素点组成的。每一个像素点都会有其对应的颜色值——ARGB，分别对应透明度、红、绿、蓝这四个分量。它们共同决定了每个像素点显示的颜色。

色彩矩阵概念

在Android中图片是以RGBA像素点的形式加载到内存中的，修改这些像素信息需要一个叫做ColorMatrix类的支持。ColorMatrix就是Android系统使用的色彩矩阵。

Android中的颜色矩阵是一个4×5的数字矩阵：

在Android中他会以一维数组的形式来存储：（float[]类型）

[ a, b, c, d, e,f, g, h, i, j,k, l, m, n, o,p, q, r, s, t ]

一般我们为了可读性，我们会写得好看些：

new float[]{
    a, b, c, d, e,
    f, g, h, i, j,
    k, l, m, n, o,
    p, q, r, s, t 
    }；

那这个矩阵该怎么使用呢？其实就是使用矩阵乘法运算。

这里有一个色彩矩阵分量C，代表着我们要进行色彩变化的原色彩。

矩阵R则代表通过矩阵乘法运算AC而得到的新的颜色。

通过矩阵乘法可知：

通过这个公式我们就可以得出我们的色彩矩阵A的意义：

• 第一行的abcde值用来决定新的颜色值中的R
• 第二行的fghij值用来决定新的颜色值中的G
• 第三行的klmno值用来决定新的颜色值中的B
• 第四行的pqrdt值用来决定新的颜色值中的A
• 其中第五列ejot值分别用来决定每个分量重的offset，即偏移量

---

Android中我们可以通过如下语句来创建我们的色彩矩阵：

ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix();

这个语句会创建一个初始矩阵A，即：

跟这个矩阵相乘的颜色分量是不会改变的，即

之前说了矩阵是通过一维数组的形式来存储的，所以我们也可以通过如下语句创建我们想要的色彩矩阵：

ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix(new float[]{  
        0.5F, 0, 0, 0, 0,  
        0, 0.5F, 0, 0, 0,  
        0, 0, 0.5F, 0, 0,  
        0, 0, 0, 1, 0,  
});  

我们也可以使用如下语句将我们的矩阵变成数组形式：

float colorMatrixArray[] = colorMatrix.getArray();

色彩矩阵的基础就讲到这，下面我们来看怎么使用色彩矩阵改变颜色值吧。

用色彩矩阵改变颜色值

使用色彩矩阵改变颜色值一般有三种方法：
1. 直接改变色彩矩阵的offset偏移量
2. 直接改变对应RGBA值的系数
3. 使用封装好的API来改变参数

改变偏移量

当我们改变矩阵A的R、G所对应的偏移量：

这样最后处理的结果就会使红色绿色分量增加100。我们知道，红色混合绿色会得到黄色，所以最后处理结果就是让整个图像的色调偏黄

改变颜色系数

在上面这个矩阵中，改变了G分量所对应的系数g，这样在矩阵运算后G分量会变为以前的两倍，最终效果就是图像的色调更加偏绿。

使用封装好的API

图像的色调、饱和度、亮度这三个属性在图像处理中使用的非常多。

谷歌官方提供了一些API来供我们快速调整这些参数：

• 色调

  setRotate(int axis, float degrees)用来帮我们设置色调

• 饱和度

  setSaturation(float sat)用来设置颜色的饱和度

• 亮度

  setScale(float rScale, float gScale, float bScale, float aScale)用来调整亮度

具体的使用方法还是去查手册吧，因为这些颜色的玩意我自己也不是很懂=。=

色彩矩阵的使用

其实说白了，色彩矩阵就是用来改变颜色的。

但是有人会问，改变颜色我们直接setColor不就行了，哪用这么麻烦。是的，如果我们只是改变纯色的图片确实使用setColor会方便得多，但是我们要改变一张照片的颜色呢？setColor明显就行不通了。

下面我们结合具体的例子来演示一下色彩矩阵的使用方法。

如果我们想整体的改变一张图像的颜色，不可能对这张图像的每一个像素点分别与色彩矩阵相乘，谷歌官方肯定有帮我们封装好可用的API。

这时候就要请出我们的“画笔”Paint了。

Paint有一个方法：

setColorFilter(ColorFilter filter)

直译就是“设置颜色过滤”。我们需要传入一个ColorFilter。

这个ColorFilter跟进源码查看发现没有和图像处理相关的方法，但是它有三个子类：ColorMatrixColorFilter, LightingColorFilter, PorterDuffColorFilter

可以看到我们的ColorMatrix出现了，所以这个ColorMatrixColorFilter就是我们要使用的子类。

好吧，废话不多说，我们直接写一个小demo，这个demo是一个自定义的view，这个view中只显示一张照片：

public class MyColorMatrix extends View {

    private Paint mPaint;// 画笔
    private Bitmap bitmap;// 位图

    public MyColorMatrix(Context context) {
        this(context, null);
    }

    public MyColorMatrix(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        // 初始化画笔
        mPaint = new Paint(Paint.ANTI_ALIAS_FLAG);
        // 获取位图
        bitmap = BitmapFactory.decodeResource(context.getResources(), R.drawable.photo);
    }

    @Override
    protected void onDraw(Canvas canvas) {
        super.onDraw(canvas);
        // 绘制位图
        canvas.drawBitmap(bitmap, 0, 0, mPaint);
    }
}

效果如下：

此时使用我们的setColorFilter进行色彩的改变

public class MyColorMatrix extends View {

    private Paint mPaint;// 画笔
    private Bitmap bitmap;// 位图

    public MyColorMatrix(Context context) {
        this(context, null);
    }

    public MyColorMatrix(Context context, AttributeSet attrs) {
        super(context, attrs);
        // 初始化画笔
        mPaint = new Paint(Paint.ANTI_ALIAS_FLAG);

        // 生成色彩矩阵
        ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix(new float[]{
                1, 0, 0, 0, 0,
                0, 2F, 0, 0, 0,
                0, 0, 1, 0, 0,
                0, 0, 0, 1, 0,
        });
        mPaint.setColorFilter(new ColorMatrixColorFilter(colorMatrix));

        // 获取位图
        bitmap = BitmapFactory.decodeResource(context.getResources(), R.drawable.photo);
    }

    @Override
    protected void onDraw(Canvas canvas) {
        super.onDraw(canvas);
        // 绘制位图
        canvas.drawBitmap(bitmap, 0, 0, mPaint);
    }
}

这里我们的矩阵用的是

 ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix(new float[]{
                1, 0, 0, 0, 0,
                0, 2F, 0, 0, 0,
                0, 0, 1, 0, 0,
                0, 0, 0, 1, 0,
        });

效果如下：

因为我们改变了颜色系数，所以会使图片偏绿。

好了，这就是色彩矩阵的使用方法。但是很明显的，对于不是美术出身的我们，想要实现某种图片效果我们也不知道怎么改这个色彩矩阵啊？怎么办？

其实这不用担心，这个早有大神做好了研究，我们直接拿来用即可。

常用图像色彩矩阵处理效果

研究图像色彩处理的人，正是研究如何通过某种算法，将对应的颜色矩阵值作用到原图像上，从而形成新的色彩风格的图像。下面我就例举一些比较常用的色彩处理效果：

灰度效果

色彩矩阵：

ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix(new float[]{
                0.33F, 0.59F, 0.11F, 0, 0,
                0.33F, 0.59F, 0.11F, 0, 0,
                0.33F, 0.59F, 0.11F, 0, 0,
                0, 0, 0, 1, 0,
        });

效果如下：

图像反转

色彩矩阵：

ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix(new float[]{
                -1, 0, 0, 1, 1,
                0, -1, 0, 1, 1,
                0, 0, -1, 1, 1,
                0, 0, 0, 1, 0,
        });

怀旧效果

ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix(new float[]{
                0.393F, 0.769F, 0.189F, 0, 0,
                0.349F, 0.686F, 0.168F, 0, 0,
                0.272F, 0.534F, 0.131F, 0, 0,
                0, 0, 0, 1, 0,
        });

去色效果

ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix(new float[]{
                1.5F, 1.5F, 1.5F, 0, -1,
                1.5F, 1.5F, 1.5F, 0, -1,
                1.5F, 1.5F, 1.5F, 0, -1,
                0, 0, 0, 1, 0,
        });

高饱和度

ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix(new float[]{
                1.438F, -0.122F, -0.016F, 0, -0.03F,
                -0.062F, 1.378F, -0.016F, 0, 0.05F,
                -0.062F, -0.122F, 1.483F, 0, -0.02F,
                0, 0, 0, 1, 0,
        });

以上就是常用的图像处理的色彩矩阵。

关于色彩矩阵的知识也大致讲完了，如果有什么不正确的地方欢迎指出。

本文参考《Android群英传》