iOS8 Core Image In Swift：人脸检测以及马赛克

iOS8 Core Image In Swift：自动改善图像以及内置滤镜的使用

iOS8 Core Image In Swift：更复杂的滤镜

iOS8 Core Image In Swift：人脸检测以及马赛克

iOS8 Core Image In Swift：视频实时滤镜

Core Image不仅内置了诸多滤镜，还能检测图像中的人脸，不过Core Image只是检测，并非识别，检测人脸是指在图像中寻找符合人脸特征（只要是个人脸）的区域，识别是指在图像中寻找指定的人脸（比如某某某的脸）。Core Image在找到符合人脸特征的区域后，会返回该特征的信息，比如人脸的范围、眼睛和嘴巴的位置等。

人脸检测并标记检测到的区域

先做好以下几步：

1. 新建一个Single View Application工程
2. 然后在Storyboard里放入UIImageView，ContentMode设置为Aspect Fit
3. 将UIImageView连接到VC里
4. 放入一个名为“人脸检测”的UIButton，然后连接到VC的faceDetecting方法上
5. 关闭Auto Layout以及Size Classes

UIImageView的frame以及VC的UI如下：

以下是工程中会用到的图，齐刷刷一排脸，点击图片显示原图：

然后在VC上添加基本的属性：懒加载的originalImage、context（Core Image框架绕不开的对象）。

class ViewController: UIViewController {

    @IBOutlet var imageView: UIImageView!

    lazy var originalImage: UIImage = {

        return UIImage(named: "Image")

    }()

    lazy var context: CIContext = {

        return CIContext(options: nil)

    }()

...... 

在viewDidLoad方法里显示originalImage：

override func viewDidLoad() {

    super.viewDidLoad()

    // Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

    self.imageView.image = originalImage

} 

然后就可以准备实现faceDetecting方法了。

在Core Image框架中， CIDetector对象提供了对图像检测的功能，只需要通过几个APIs就能完成CIDetector的初始化并得到检测结果：

@IBAction func faceDetecing() {

    let inputImage = CIImage(image: originalImage)

    let detector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace,

                             context: context,

                             options: [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh])

    var faceFeatures: [CIFaceFeature]!

    if let orientation: AnyObject = inputImage.properties()?[kCGImagePropertyOrientation] {

        faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage, 

                                                options: [CIDetectorImageOrientation: orientation]

                                               ) as [CIFaceFeature]

    } else {

        faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage) as [CIFaceFeature]

    }

    println(faceFeatures)

......

使用kCGImagePropertyOrientation的时候，可能需要导入ImageIO框架

originalImage和context通过懒加载都得到了，在创建CIDetector对象的时候，必须告诉它要检测的内容，这里当然是传 CIDetectorTypeFace了，除了CIDetectorTypeFace外，CIDetector还能检测二维码；然后传递一个context，多个CIDetector可以共用一个context对象；第三个参数是一个字典，我们能够指定检测的精度，除了CIDetectorAccuracyHigh以外，还有CIDetectorAccuracyLow，精度高会识别度更高，但识别速度就更慢。

创建完CIDetector之后，把要识别的CIImage传递给它，在这里，我判断了CIImage是否带有方向的元数据，如果带的话调用就 featuresInImage:options这个方法，因为方向对CIDetector来说至关重要，直接导致识别的成功与否；而有的图片没有方向这些元数据，就调用 featuresInImage方法，由于这张《生活大爆炸》的图是不带方向元数据的，所以是执行的featuresInImage方法，但是大多数情况下应该会用到前者。

featuresInImage方法的返回值是一个 CIFaceFeature数组，CIFaceFeature包含了面部的范围、左右眼、嘴巴的位置等，我们通过使用bounds就能标记出面部的范围。

我们很容易写出这样的代码：

1. 获取所有的面部特征
2. 用bounds实例化一个UIView
3. 把View显示出来

实现出来就像这样：

@IBAction func faceDetecing() {

    let inputImage = CIImage(image: originalImage)

    let detector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace,

        context: context,

        options: [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh])

    var faceFeatures: [CIFaceFeature]!

    if let orientation: AnyObject = inputImage.properties()?[kCGImagePropertyOrientation] {

        faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage, options: [CIDetectorImageOrientation: orientation]) as [CIFaceFeature]

    } else {

        faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage) as [CIFaceFeature]

    }

    

    println(faceFeatures)

    for faceFeature in faceFeatures {

        let faceView = UIView(frame: faceFeature.bounds)

        faceView.layer.borderColor = UIColor.orangeColor().CGColor

        faceView.layer.borderWidth = 2

        

        imageView.addSubview(faceView)

    }

}

这样写是否可以呢？如果你运行起来会得到这样的效果：

这是因为我们的 inputImage，其实是用 originalImage初始化的，而我这张originalImage的真实大小比实际看到的大得多：

它的宽实有600像素，我把它以@2x命名，实际显示有300像素，且在imageView里以 Aspect Fit模式展示（imageViwe宽为300像素），在显示的时候被缩放了，但是在内存中它是完整的，除此之外，CIImage的坐标系统和UIView的坐标系统也不一样，CIImage的坐标系统就像数学坐标系统，原点在下，在UIView看来，就是倒置的，这是因Core Image、Core Graphics这些框架都来源于Mac OS X，在Mac OS X上这种坐标系统已存在多年，iOS直接引入了这些框架，这解决了Cocoa App和iOS App底层兼容性的问题，但是在上层就只能自己解决了。所以实际上它是这样的：

我们需要做两步工作：

• 调整transform，让它正过来
• 缩放bounds，让它适配imageView

然后再次很容易的写下了这样的代码：

@IBAction func faceDetecing() {

    let inputImage = CIImage(image: originalImage)

    let detector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace,

        context: context,

        options: [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh])

    var faceFeatures: [CIFaceFeature]!

    if let orientation: AnyObject = inputImage.properties()?[kCGImagePropertyOrientation] {

        faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage, options: [CIDetectorImageOrientation: orientation]) as [CIFaceFeature]

    } else {

        faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage) as [CIFaceFeature]

    }

    

    println(faceFeatures)

    

    // 1.

    let inputImageSize = inputImage.extent().size

    var transform = CGAffineTransformIdentity

    transform = CGAffineTransformScale(transform, 1, -1)

    transform = CGAffineTransformTranslate(transform, 0, -inputImageSize.height)

    for faceFeature in faceFeatures {

        var faceViewBounds = CGRectApplyAffineTransform(faceFeature.bounds, transform)

        // 2.

        let scaleTransform = CGAffineTransformMakeScale(0.5, 0.5)

        faceViewBounds = CGRectApplyAffineTransform(faceViewBounds, scaleTransform)

        

        let faceView = UIView(frame: faceViewBounds)

        faceView.layer.borderColor = UIColor.orangeColor().CGColor

        faceView.layer.borderWidth = 2

        

        imageView.addSubview(faceView)

    }

} 

现在看起来就没有问题了，在第一步里我们放置了一个调整坐标系统的tranform，在第二步对bounds进行了缩放（等同于把x、y、width、height全部乘以0.5），由于我们知道实际scale是0.5（原图600像素，imageView宽为300像素），就直接写死了0.5，但运行后出现了一点点偏移：

这其实是因为我把imageView的 ContentMode设为Aspect Fit的结果 ：

一般来讲，我们不会拉伸照片，通常会按宽、高进行适配，所以我们还需要对Aspect Fit进行处理，上面代码修改后如下：

@IBAction func faceDetecing() {

    let inputImage = CIImage(image: originalImage)

    let detector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace,

        context: context,

        options: [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh])

    var faceFeatures: [CIFaceFeature]!

    if let orientation: AnyObject = inputImage.properties()?[kCGImagePropertyOrientation] {

        faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage, options: [CIDetectorImageOrientation: orientation]) as [CIFaceFeature]

    } else {

        faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage) as [CIFaceFeature]

    }

    

    println(faceFeatures)

    

    // 1.

    let inputImageSize = inputImage.extent().size

    var transform = CGAffineTransformIdentity

    transform = CGAffineTransformScale(transform, 1, -1)

    transform = CGAffineTransformTranslate(transform, 0, -inputImageSize.height)

    for faceFeature in faceFeatures {

        var faceViewBounds = CGRectApplyAffineTransform(faceFeature.bounds, transform)

        

        // 2.

        var scale = min(imageView.bounds.size.width / inputImageSize.width,

            imageView.bounds.size.height / inputImageSize.height)

        var offsetX = (imageView.bounds.size.width - inputImageSize.width * scale) / 2

        var offsetY = (imageView.bounds.size.height - inputImageSize.height * scale) / 2

        

        faceViewBounds = CGRectApplyAffineTransform(faceViewBounds, CGAffineTransformMakeScale(scale, scale))

        faceViewBounds.origin.x += offsetX

        faceViewBounds.origin.y += offsetY

        

        let faceView = UIView(frame: faceViewBounds)

        faceView.layer.borderColor = UIColor.orangeColor().CGColor

        faceView.layer.borderWidth = 2

        

        imageView.addSubview(faceView)

    }

}

在第二步里，除了通过宽、高比计算scale外，还计算了x、y轴的偏移，以确保在宽或高缩放的情况下都能正常工作（最后除以2是因为缩放时是居中显示，上下或左右都各有一半）。

编译、运行，在不同的高度下的效果图：

面部马赛克

检测到面部以后，我们还能做一些有趣的操作，比如打上马赛克：

这是苹果官方例子上的一张图，展示了把一张照片中所有的面部打上马赛克的方法：

1. 基于原图，创建一个将所有部分都马赛克的图片
2. 为检测到的人脸创建一张蒙版图
3. 用蒙版图，将完全马赛克的图和原图混合起来

我们在VC上添加一个名为“马赛克”的按钮，将其事件连接到VC的 pixellated方法上，然后开始实现马赛克的效果。

具体步骤如下：

创建完全马赛克的图

使用 CIPixellate滤镜，其参数设置：

• 设置inputImage为原图
• 可以根据自己的需要，选择设置inputScale参数，inputScale取值为1到100，取值越大，马赛克就越大

这一步的效果图：

为检测到的人脸创建蒙版图

和之前一样，使用CIDetector检测人脸，然后为每一张脸：

• 使用CIRadialGradient滤镜创建一个把脸包围起来的圆
• 使用CISourceOverCompositing滤镜把各个蒙版（有几张脸其实就有几个蒙版）组合起来

这一步的效果图：

混合马赛克图、蒙版图以及原图

用 CIBlendWithMask滤镜来混合三者，其参数设置如下：

• 设置inputImage为马赛克图
• 设置inputBackground为原图
• 设置inputMaskImage为蒙版图

完整实现代码如下：

@IBAction func pixellated() {

    // 1.

    var filter = CIFilter(name: "CIPixellate")

    println(filter.attributes())

    let inputImage = CIImage(image: originalImage)

    filter.setValue(inputImage, forKey: kCIInputImageKey)

    // filter.setValue(max(inputImage.extent().size.width, inputImage.extent().size.height) / 60, forKey: kCIInputScaleKey)

    let fullPixellatedImage = filter.outputImage

    // let cgImage = context.createCGImage(fullPixellatedImage, fromRect: fullPixellatedImage.extent())

    // imageView.image = UIImage(CGImage: cgImage)

    // 2.

    let detector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace,

                              context: context,

                              options: nil)

    let faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage)

    // 3.

    var maskImage: CIImage!

    for faceFeature in faceFeatures {

        println(faceFeature.bounds)

        // 4.

        let centerX = faceFeature.bounds.origin.x + faceFeature.bounds.size.width / 2

        let centerY = faceFeature.bounds.origin.y + faceFeature.bounds.size.height / 2

        let radius = min(faceFeature.bounds.size.width, faceFeature.bounds.size.height) 

        let radialGradient = CIFilter(name: "CIRadialGradient",

                                      withInputParameters: [

                                        "inputRadius0" : radius,

                                        "inputRadius1" : radius + 1,

                                        "inputColor0" : CIColor(red: 0, green: 1, blue: 0, alpha: 1),

                                        "inputColor1" : CIColor(red: 0, green: 0, blue: 0, alpha: 0),

                                        kCIInputCenterKey : CIVector(x: centerX, y: centerY)

            ])

        println(radialGradient.attributes())

        // 5.

        let radialGradientOutputImage = radialGradient.outputImage.imageByCroppingToRect(inputImage.extent())

        if maskImage == nil {

            maskImage = radialGradientOutputImage

        } else {

            println(radialGradientOutputImage)

            maskImage = CIFilter(name: "CISourceOverCompositing",

                withInputParameters: [

                    kCIInputImageKey : radialGradientOutputImage,

                    kCIInputBackgroundImageKey : maskImage

                ]).outputImage

        }

    }

    // 6.

    let blendFilter = CIFilter(name: "CIBlendWithMask")

    blendFilter.setValue(fullPixellatedImage, forKey: kCIInputImageKey)

    blendFilter.setValue(inputImage, forKey: kCIInputBackgroundImageKey)

    blendFilter.setValue(maskImage, forKey: kCIInputMaskImageKey)

    // 7.

    let blendOutputImage = blendFilter.outputImage

    let blendCGImage = context.createCGImage(blendOutputImage, fromRect: blendOutputImage.extent())

    imageView.image = UIImage(CGImage: blendCGImage)

} 

我详细的分为了7个部分：

1. 用CIPixellate滤镜对原图先做个完全马赛克
2. 检测人脸，并保存在faceFeatures中
3. 初始化蒙版图，并开始遍历检测到的所有人脸
4. 由于我们要基于人脸的位置，为每一张脸都单独创建一个蒙版，所以要先计算出脸的中心点，对应为x、y轴坐标，再基于脸的宽度或高度给一个半径，最后用这些计算结果初始化一个CIRadialGradient滤镜（我将inputColor1的alpha赋值为0，表示将这些颜色值设为透明，因为我不关心除了蒙版以外的颜色，这点和苹果官网中的例子有太一样，苹果将其赋值为了1）
5. 由于CIRadialGradient滤镜创建的是一张无限大小的图，所以在使用之前先对它进行裁剪（苹果官网例子中没有对其裁剪。。），然后把每一张脸的蒙版图合在一起
6. 用CIBlendWithMask滤镜把马赛克图、原图、蒙版图混合起来
7. 输出，在界面上显示

运行效果：

一个简单的对照片进行马赛克处理的例子就完成了。

GitHub下载地址

我在GitHub上会保持更新。

UPDATED:

细心的朋友会发现马赛克的面积比检测到的面积要大：

这是因为计算马赛克radius时没有考虑缩放的因素，只要先计算出scale，再把scale和现在的radius相乘就能得到精确的范围。

计算scale：

var scale = min(imageView.bounds.size.width / inputImage.extent().size.width,

                imageView.bounds.size.height / inputImage.extent().size.height)

修正radius：

let radius = min(faceFeature.bounds.size.width, faceFeature.bounds.size.height) * scale

修正后的马赛克效果与人脸检测效果：

参考资料：

https://developer.apple.com/library/mac/documentation/graphicsimaging/conceptual/CoreImaging/ci_intro/ci_intro.html