Android中级——色彩处理和图像处理

色彩处理

通过色彩矩阵处理

色彩矩阵介绍

图像的RGBA可拆分为一个4行5列的矩阵和5行1列矩阵相乘

Android中级——色彩处理和图像处理_第1张图片

其中4行5列矩阵即为ColorMatrix,可通过调整ColorMatrix间接调整RGBA

  • 第一行 abcde 决定新的 R
  • 第二行 fghij 决定新的 G
  • 第三行 klmno 决定新的 G
  • 第四行 pqrst 决定新的 A
  • ColorMatrix第五列 ejot 决定offset

当第一行a=1,b=c=d=e=0时,R=R1,即红色保持不变

其他行以此类推,可得到如下初始颜色矩阵(即图片最开始的颜色)

Android中级——色彩处理和图像处理_第2张图片

当要改变颜色值时,可通过

  • 修改offset
  • 修改ColorMatrix

利用API修改

描述图像,可通过

  • 色调:物体传播的颜色
  • 饱和度:颜色的纯度,0到100%
  • 亮度:颜色的相对明暗程度

调整色调可通过如下,第一个参数0-1-2代表RGB,第二个参数为具体值

float hue = 0.5f;
ColorMatrix hueMatrix = new ColorMatrix();
hueMatrix.setRotate(0, hue);
hueMatrix.setRotate(1, hue);
hueMatrix.setRotate(2, hue);

调整饱和度可通过如下,为0时变成灰度图像

float saturation = 0.5f;
ColorMatrix saturationMatrix = new ColorMatrix();
saturationMatrix.setSaturation(saturation);

调整亮度通过三原色以相同比例进行混合,就会显示白色

float lum = 0.5f;
ColorMatrix lumMatrix = new ColorMatrix();
lumMatrix.setScale(lum, lum, lum, 1);

除此之外,还可以通过矩阵运算,将上面效果进行叠加

ColorMatrix imageMatrix = new ColorMatrix();
imageMatrix.postConcat(hueMatrix);
imageMatrix.postConcat(saturationMatrix);
imageMatrix.postConcat(lumMatrix);

下面为实例,设置三个进度条分别修改Hum、Saturation、Lum

public class MainActivity extends AppCompatActivity implements SeekBar.OnSeekBarChangeListener {

    private ImageView imageView;
    private Bitmap bitmap;
    private SeekBar seekBarHue, seekBarSaturation, seekBarLum;
    private float mHue;
    private float mSaturation;
    private float mLum;
    private final int MID_VALUE = 50;

    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        imageView = (ImageView) findViewById(R.id.iv);
        seekBarHue = (SeekBar) findViewById(R.id.seek_bar_hue);
        seekBarSaturation = (SeekBar) findViewById(R.id.seek_bar_saturation);
        seekBarLum = (SeekBar) findViewById(R.id.seek_bar_Lum);

        seekBarHue.setProgress(MID_VALUE);
        seekBarSaturation.setProgress(MID_VALUE);
        seekBarLum.setProgress(MID_VALUE);

        //将图片转化为Bitmap设置到ImageView
        bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.a);
        imageView.setImageBitmap(bitmap);

        seekBarHue.setOnSeekBarChangeListener(this);
        seekBarSaturation.setOnSeekBarChangeListener(this);
        seekBarLum.setOnSeekBarChangeListener(this);
    }

    private Bitmap handleImage(Bitmap bm, float hue, float saturation, float lum) {
        //不允许修改原图的bitmap,创建bitmap副本,通过修改副本间接修改图像
        Bitmap bmp = Bitmap.createBitmap(bm.getWidth(), bm.getHeight(), Bitmap.Config.ARGB_8888);
        Canvas canvas = new Canvas(bmp);
        Paint paint = new Paint();

        ColorMatrix hueMatrix = new ColorMatrix();
        hueMatrix.setRotate(0, hue);
        hueMatrix.setRotate(1, hue);
        hueMatrix.setRotate(2, hue);

        ColorMatrix saturationMatrix = new ColorMatrix();
        saturationMatrix.setSaturation(saturation);

        ColorMatrix lumMatrix = new ColorMatrix();
        lumMatrix.setScale(lum, lum, lum, 1);

        ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix();
        colorMatrix.postConcat(hueMatrix);
        colorMatrix.postConcat(saturationMatrix);
        colorMatrix.postConcat(lumMatrix);
        //通过setColorFilter设置ColorMatrix,并将副本返回设置到ImageView
        paint.setColorFilter(new ColorMatrixColorFilter(colorMatrix));
        canvas.drawBitmap(bm, 0, 0, paint);
        return bmp;
    }

    @Override
    public void onProgressChanged(SeekBar bar, int progress, boolean fromUser) {
        switch (bar.getId()) {
            case R.id.seek_bar_hue:
                mHue = (progress - MID_VALUE) * 1.0F / MID_VALUE * 180;
                Log.d("song", "onProgressChanged: mHue = " + mHue);
                break;
            case R.id.seek_bar_saturation:
                mSaturation = progress * 1.0F / MID_VALUE;
                break;
            case R.id.seek_bar_Lum:
                mLum = progress * 1.0F / MID_VALUE;
                break;
            default:
                break;
        }
        imageView.setImageBitmap(handleImage(bitmap, mHue, mSaturation, mLum));
    }

    @Override
    public void onStartTrackingTouch(SeekBar arg0) {
        // TODO Auto-generated method stub

    }

    @Override
    public void onStopTrackingTouch(SeekBar arg0) {
        // TODO Auto-generated method stub

    }
}

布局如下




    

    

    

    

效果如图(不知道为什么只设置Hum会导致黑掉)

Android中级——色彩处理和图像处理_第3张图片

利用矩阵修改

上面是通过API对ColorMatrix间接修改,此外还可通过直接修改矩阵实现更精确的颜色修改,布局如下



    

    

    

        

代码如下,创建一个4行5列矩阵,并将所设置的值转化为ColorMatrix

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private Bitmap mBitmap;
    private GridLayout mGroup;
    private ImageView mImageView;
    private int mEtWidth, mEtHeight;
    private EditText[] mEts = new EditText[20];
    private float[] mColorMatrix = new float[20];

    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mBitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.b);
        mImageView = (ImageView) findViewById(R.id.imageview);
        mGroup = (GridLayout) findViewById(R.id.group);
        mImageView.setImageBitmap(mBitmap);

        mGroup.post(new Runnable() {

            @Override
            public void run() {
                //无法在OnCreate()中获取视图的宽高,需通过post在视图创建完毕后获取
                mEtWidth = mGroup.getWidth() / 5;
                mEtHeight = mGroup.getHeight() / 4;
                addEts();
                initMatrix();
            }
        });
    }

    private void addEts() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            EditText editText = new EditText(this);
            mEts[i] = editText;
            mGroup.addView(editText, mEtWidth, mEtHeight);
        }
    }

    private void initMatrix() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            if (i % 6 == 0) {
                mEts[i].setText(String.valueOf(1));
            } else {
                mEts[i].setText(String.valueOf(0));
            }
        }
    }

    private void getMatrix() {
        for (int i = 0; i < 20; i++) {
            mColorMatrix[i] = Float.parseFloat(mEts[i].getText().toString());
        }
    }

    private void setImageMatrix() {
        Bitmap bmp = Bitmap.createBitmap(mBitmap.getWidth(), mBitmap.getHeight(), Bitmap.Config.ARGB_8888);
        Canvas canvas = new Canvas(bmp);
        Paint paint = new Paint();
        ColorMatrix colorMatrix = new ColorMatrix(mColorMatrix);
        paint.setColorFilter(new ColorMatrixColorFilter(colorMatrix));
        canvas.drawBitmap(mBitmap, 0, 0, paint);
        mImageView.setImageBitmap(bmp);
    }

    public void btnChange(View view) {
        getMatrix();
        setImageMatrix();
    }

    public void btnReset(View view) {
        initMatrix();
        getMatrix();
        setImageMatrix();
    }
}

效果如图,如下修改了Green,使得图片变绿

Android中级——色彩处理和图像处理_第4张图片 Android中级——色彩处理和图像处理_第5张图片

通过像素点处理

布局如下



    

通过Bitmap的getPixels()获取整个图像的像素点,修改RGBA后再调用setPixelx()设置回去

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        ImageView iv = (ImageView) findViewById(R.id.iv);
        Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeResource(getResources(), R.drawable.b);
        iv.setImageBitmap(handlerImageNegative(bitmap));
    }

    public Bitmap handlerImageNegative(Bitmap bm) {
        int width = bm.getWidth();
        int height = bm.getHeight();
        int color;
        int r, g, b, a;
        Bitmap bmp = Bitmap.createBitmap(width, height, Bitmap.Config.ARGB_8888);
        int[] oldPx = new int[width * height];
        int[] newPx = new int[width * height];

        bm.getPixels(oldPx, 0, width, 0, 0, width, height);
        for (int i = 0; i < width * height; i++) {
            color = oldPx[i];
            r = Color.red(color);
            g = Color.green(color);
            b = Color.blue(color);
            a = Color.alpha(color);

            r = 255 - r;
            g = 255 - g;
            b = 255 - b;
            if (r > 255) {
                r = 255;
            } else if (r < 0) {
                r = 0;
            }
            if (g > 255) {
                g = 255;
            } else if (g < 0) {
                g = 0;
            }
            if (b > 255) {
                b = 255;
            } else if (b < 0) {
                b = 0;
            }
            newPx[i] = Color.argb(a, r, g, b);
        }
        bmp.setPixels(newPx, 0, width, 0, 0, width, height);
        return bmp;
    }
}

如上实现图像的反转效果

Android中级——色彩处理和图像处理_第6张图片

图像处理

通过变形矩阵处理

变形矩阵介绍

图像像素点的X、Y坐标可拆分为一个3行3列和3行一列矩阵相乘

Android中级——色彩处理和图像处理_第7张图片

其中3行3列矩阵即为Matrix,可通过调整Matrix间接调整X、Y

  • 第一行 abc 决定新的 X
  • 第二行 def 决定新的 Y
  • 通常让 g=h=0, i=1,保证 gX+hy+i =1 恒成立

当a=e=i=1,其他为0时得到初始矩阵
Android中级——色彩处理和图像处理_第8张图片

平移变换(Translation)

平移变换指对每个像素点都进行平移,当p(x0, y0)平移到p(x, y)时,如图

Android中级——色彩处理和图像处理_第9张图片

  • X = X0 + ΔX
  • Y = Y0 + ΔY

表现在矩阵上,则为加上偏移量

Android中级——色彩处理和图像处理_第10张图片

旋转变换(Rotate)

旋转变换指一个点围绕一个中心旋转到一个新的点,当p(x0, y0)以坐标原点为旋转中心旋转到p(x, y)时,如图

Android中级——色彩处理和图像处理_第11张图片

  • x0 = r cosα
  • y0 = r sinα
  • x = r cos(α+θ) = r cosα cosθ - r sinα sinθ = x0 cosθ - y0 sinθ
  • y = r sin(α+θ) = r sinα cosθ + r cosα sinθ = y0 cosθ + x0 sinθ

表现在矩阵上,则为

Android中级——色彩处理和图像处理_第12张图片

如果要实现以任意点为旋转中心进行旋转变换,则

  • 将坐标原点平移到旋转中心
  • 进行旋转变换
  • 将坐标原点还原

缩放变换(Scale)

缩放变换指对每个点坐标都进行相同比例的缩放,最终让整个图像缩放,计算公式为

  • x = K1 * x0
  • y = K1 * y0

表现在矩阵上,则为

Android中级——色彩处理和图像处理_第13张图片

错切变换(Skew)

又称剪切变换或缩并,让所有点的X坐标(或Y坐标)保持不变,而另一个坐标按比例发生平移,且平移的大小和该点到X轴(或Y轴)的垂直距离成正比

Android中级——色彩处理和图像处理_第14张图片

上图为水平错切,下图为垂直错切

Android中级——色彩处理和图像处理_第15张图片

  • x = x0 + K1 * y0
  • y = K2 * x0 + y0

表现在矩阵上,则为

Android中级——色彩处理和图像处理_第16张图片

利用矩阵修改

通过上面的分析,可知矩阵每个元素所对应的功能
在这里插入图片描述在这里插入图片描述

  • a、e 控制缩放
  • b、d 控制错切
  • c、f 控制平移
  • a、b、d、e 控制旋转

可自行调整矩阵实现图像变换

float[] imageMatrix = new float[9];
Matrix matrix = new Matrix();
matrix.setValues(imageMatrix);

canvas.drawBitmap(bitmap, matrix, null);

利用API修改

Matrix matrix = new Matrix();
matrix.setRotate();
matrix.setTranslate();
matrix.setScale();
matrix.setSkew();

通过像素块处理

把图像分成一个个小块,通过改变每一个图像块来修改整个图像,具体做法是

  • 在图像横纵画N-1条线构成N*N个点
  • 坐标点以x1、y1、x2、y2的形式保存在数组中
  • 通过改变坐标值重新定义每一个图像块
public class FlagBitmapMeshView extends View {

    private final int WIDTH = 200;  //横向分割线条数
    private final int HEIGHT = 200; //纵向分割线条数
    private int COUNT = (WIDTH + 1) * (HEIGHT + 1); //总图像块的个数
    private float[] verts = new float[COUNT * 2];   //调整后的矩阵,需要存x和y,所以*2
    private float[] orig = new float[COUNT * 2];    //调整前的矩阵
    private Bitmap bitmap;
    private float A = 50;
    private float k = 1;

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

    public FlagBitmapMeshView(Context context, AttributeSet attrs) {
        this(context, attrs, 0);
    }

    public FlagBitmapMeshView(Context context, AttributeSet attrs, int defStyleAttr) {
        this(context, attrs, defStyleAttr, 0);
    }

    public FlagBitmapMeshView(Context context, @Nullable AttributeSet attrs, int defStyleAttr, int defStyleRes) {
        super(context, attrs, defStyleAttr, defStyleRes);
        initView(context);
    }

    private void initView(Context context) {
        bitmap = BitmapFactory.decodeResource(context.getResources(), R.drawable.b);
        float bitmapWidth = bitmap.getWidth();
        float bitmapHeight = bitmap.getHeight();
        int index = 0;
        for (int y = 0; y <= HEIGHT; y++) {
            float fy = bitmapHeight * y / HEIGHT;   //按比例划分高度,即y坐标
            for (int x = 0; x <= WIDTH; x++) {
                float fx = bitmapWidth * x / WIDTH; //按比例划分宽度,即x坐标
                orig[index * 2] = verts[index * 2] = fx;    //先放x,后放y
                orig[index * 2 + 1] = verts[index * 2 + 1] = fy + 100;  //y+100让图像下移一点
                index += 1;
            }
        }
    }

    @Override
    protected void onDraw(Canvas canvas) {
        flagWave();
        k += 0.1F;  //不断更新k并重绘形成动态效果
        canvas.drawBitmapMesh(bitmap, WIDTH, HEIGHT, verts, 0, null, 0, null);
        invalidate();
    }

    private void flagWave() {
        for (int y = 0; y <= HEIGHT; y++) {
            for (int x = 0; x <= WIDTH; x++) {
                //图像的x坐标不变
                verts[(y * (WIDTH + 1) + x) * 2] += 0;
                //图像的y坐标偏移量,sin(x坐标占宽度的百分比 * 2PI + kPI),k用于动态更新
                float offsetY = (float) Math.sin((float) x / WIDTH * 2 * Math.PI + Math.PI * k);
                //图像的y坐标加上偏移量,A用于放大偏移量
                verts[(y * (WIDTH + 1) + x) * 2 + 1] = orig[(y * WIDTH + x) * 2 + 1] + offsetY * A;
            }
        }
    }
}

如上通过sin()函数实现飘扬的效果

Android中级——色彩处理和图像处理_第17张图片

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