探索iOS之CoreImage框架

CoreImage提供图像处理、人脸识别、图像增强、图像滤镜、图像转场。它操作的数据来自Core Graphics、Core Video、Image IO，使用CPU或GPU进行渲染。CoreImage对底层实现进行封装，为上层提供简单易用的API。

一、CoreImage框架

CoreImage框架分为：渲染层、处理层、API层。其中，渲染层包括GPU渲染(OpenGL和Metal)、CPU渲染(Grand Central Dispatch)；处理层有Built-in Filters内建滤镜；API层有Core Graphics、Core Video、Image IO。如下图所示：

二、图像处理

1、图像处理流程

图像处理主要包括三个类：CIContext、CIFilter、CIImage。处理流程示例如下：

import CoreImage

// 1、创建CIContext
let context = CIContext()
// 2、创建CIFilter
let filter = CIFilter(name: "CISepiaTone")!
filter.setValue(0.8, forKey: kCIInputIntensityKey)
// 3、创建CIImage
let image = CIImage(contentsOfURL: mURL)
// 4、image应用到filter滤镜
filter.setValue(image, forKey: kCIInputImageKey)
let result = filter.outputImage!
// 5、使用context创建CGImage(用于管理image以及对象复用)
let cgImage = context.createCGImage(result, from: result.extent)
// 6、显示滤镜结果
imageView.image = UIImage(CIImage: result)

2、图像数据类型

图像作为输入输出的Filter，包括数据类型如下：

图像文件的URL或图像数据的NSData；

CGImageRef、UIImage、NSBitmapImageRep对象；

Metal、OpenGl纹理；

CVImageBufferRef、CVPixelBufferRef；

跨进程共享数据的IOSurfaceRef；

内存的Bitmap数据或CIImageProvider；

3、创建Filter Chain

Filter Chain滤镜链的创建，示例代码如下：

func applyFilterChain(to image: CIImage) -> CIImage {
    // 创建CIFilter，并且设置color滤镜
    let colorFilter = CIFilter(name: "CIPhotoEffectProcess", withInputParameters:
        [kCIInputImageKey: image])!
    
    // 应用bloom滤镜
    let bloomImage = colorFilter.outputImage!.applyingFilter("CIBloom",
                                                             withInputParameters: [
                                                                kCIInputRadiusKey: 10.0,
                                                                kCIInputIntensityKey: 1.0
        ])
    
    // 图像裁剪
    let cropRect = CGRect(x: 350, y: 350, width: 150, height: 150)
    let croppedImage = bloomImage.cropping(to: cropRect)
    
    return croppedImage
}

4、应用滤镜到视频

以高斯模糊滤镜应用到视频为例，相关代码如下：

// 创建高斯模糊filter
let filter = CIFilter(name: "CIGaussianBlur")!
let composition = AVVideoComposition(asset: asset, applyingCIFiltersWithHandler: { request in

    let source = request.sourceImage.clampingToExtent()
    filter.setValue(source, forKey: kCIInputImageKey)
    
    // 根据时间戳设置模糊系数
    let seconds = CMTimeGetSeconds(request.compositionTime)
    filter.setValue(seconds * 10.0, forKey: kCIInputRadiusKey)
    
    // 裁剪
    let output = filter.outputImage!.cropping(to: request.sourceImage.extent)
    
    // 应用滤镜结果到视频
    request.finish(with: output, context: nil)
})

5、使用Metal实时滤镜

首先创建Metal view用于图像渲染：

class ViewController: UIViewController, MTKViewDelegate {
    
    // Metal设备、纹理、队列
    var device: MTLDevice!
    var commandQueue: MTLCommandQueue!
    var sourceTexture: MTLTexture!
    
    // 高斯模糊
    var context: CIContext!
    let filter = CIFilter(name: "CIGaussianBlur")!
    let colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB()
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        // 创建设备、命令队列
        device = MTLCreateSystemDefaultDevice()
        commandQueue = device.newCommandQueue()
        
        let view = self.view as! MTKView
        view.delegate = self
        view.device = device
        view.framebufferOnly = false
        // 创建CIContext
        context = CIContext(mtlDevice: device)
    }
}

实时滤镜渲染流程，示例代码如下：

public func draw(in view: MTKView) {
    if let currentDrawable = view.currentDrawable {
        let commandBuffer = commandQueue.commandBuffer()
        // 1、使用纹理创建UIImage，并且进行滤镜
        let inputImage = CIImage(mtlTexture: sourceTexture)!
        filter.setValue(inputImage, forKey: kCIInputImageKey)
        filter.setValue(20.0, forKey: kCIInputRadiusKey)
        // 2、使用context进行渲染
        context.render(filter.outputImage!,
            to: currentDrawable.texture,
            commandBuffer: commandBuffer,
            bounds: inputImage.extent,
            colorSpace: colorSpace)
        // 3、使用buffer显示结果
        commandBuffer.present(currentDrawable)
        commandBuffer.commit()
    }
}

三、人脸识别

iOS提供CIDetector进行人脸识别，示例代码如下：

// 1、创建CIContext
CIContext *context = [CIContext context];
// 2、创建options，指定识别精度
NSDictionary *opts = @{ CIDetectorAccuracy : CIDetectorAccuracyHigh };
// 3、创建检测器，指定识别类型
CIDetector *detector = [CIDetector detectorOfType:CIDetectorTypeFace
                                          context:context
                                          options:opts];
// 4、指定图像方向
opts = @{ CIDetectorImageOrientation :
          [[mImage properties] valueForKey:kCGImagePropertyOrientation] };
// 5、获取识别结果
NSArray *features = [detector featuresInImage:mImage options:opts];

人脸识别结果包含：左眼、右眼、嘴巴的位置，结果判断如下：

for (CIFaceFeature *f in features) {
    NSLog(@"%@", NSStringFromRect(f.bounds));
 
    if (f.hasLeftEyePosition) {
        NSLog(@"Left eye x=%g y=%g", f.leftEyePosition.x, f.leftEyePosition.y);
    }
    if (f.hasRightEyePosition) {
        NSLog(@"Right eye x=%g y=%g", f.rightEyePosition.x, f.rightEyePosition.y);
    }
    if (f.hasMouthPosition) {
        NSLog(@"Mouth x=%g y=%g", f.mouthPosition.x, f.mouthPosition.y);
    }
}

我们来看下人脸识别效果：

四、图像增强

iOS提供的图像增强包括：红眼矫正、脸部平衡、色彩增强、阴影突出，如下表所示：

Filter	描述
CIRedEyeCorrection	修复摄像头闪光引起的红眼
CIFaceBalance	根据肤色调整脸部颜色
CIVibrance	增强饱和度
CIToneCurve	调整对比度
CIHighlightShadowAdjust	调整阴影细节

图像增强的使用示例如下：

NSDictionary *options = @{ CIDetectorImageOrientation :
                 [[image properties] valueForKey:kCGImagePropertyOrientation] };
NSArray *adjustments = [image autoAdjustmentFiltersWithOptions:options];
for (CIFilter *filter in adjustments) {
     [filter setValue:image forKey:kCIInputImageKey];
     myImage = filter.outputImage;
}