Javascript圖像處理—虛擬邊緣介紹及使用方法_javascript技巧

虛擬邊緣
虛擬邊緣就是按照一定映射關(guān)系，給圖像添加邊緣。
那么虛擬邊緣有什么用呢？比如可以很容易做一個(gè)倒影的效果：

當(dāng)然這只是附帶效果了，虛擬邊緣主要用在圖像卷積運(yùn)算（例如平滑操作）時(shí)候，由于卷積運(yùn)算的特點(diǎn)，需要將圖片擴(kuò)大才能對邊角進(jìn)行卷積運(yùn)算，這時(shí)候就需要對圖片進(jìn)行預(yù)處理，添加虛擬邊緣。
說白了，就是在一些圖片處理前進(jìn)行預(yù)處理。

邊緣類型
這里參考OpenCV相關(guān)文檔的邊緣描述：
代碼如下:
/*
Various border types, image boundaries are denoted with '|'
* BORDER_REPLICATE: aaaaaa|abcdefgh|hhhhhhh
* BORDER_REFLECT: fedcba|abcdefgh|hgfedcb
* BORDER_REFLECT_101: gfedcb|abcdefgh|gfedcba
* BORDER_WRAP: cdefgh|abcdefgh|abcdefg
* BORDER_CONSTANT: iiiiii|abcdefgh|iiiiiii with some specified 'i'
*/

舉個(gè)例子BODER_REFLECT就是對于某一行或某一列像素點(diǎn)：
　　abcdefgh
其左的虛擬邊緣對應(yīng)為fedcba，右邊對應(yīng)為hgfedcb，也就是反射映射。上圖就是通過對圖片底部進(jìn)行添加BORDER_REFLECT類型的虛擬邊緣得到的。
而BORDER_CONSTANT則是所有邊緣都是固定值i。
實(shí)現(xiàn)
因?yàn)锽ORDER_CONSTANT比較特殊，所以和其他類型分開處理。
代碼如下:
function copyMakeBorder(__src, __top, __left, __bottom, __right, __borderType, __value){
if(__src.type != "CV_RGBA"){
console.error("不支持類型！");
}
if(__borderType === CV_BORDER_CONSTANT){
return copyMakeConstBorder_8U(__src, __top, __left, __bottom, __right, __value);
}else{
return copyMakeBorder_8U(__src, __top, __left, __bottom, __right, __borderType);
}
};

這個(gè)函數(shù)接受一個(gè)輸入矩陣src，每個(gè)方向要添加的像素大小top，left，bottom，right，邊緣的類型borderType，還有一個(gè)數(shù)組value，即如果是常數(shù)邊緣時(shí)候添加的常數(shù)值。
然后我們引入一個(gè)邊緣的映射關(guān)系函數(shù)borderInterpolate。
代碼如下:
function borderInterpolate(__p, __len, __borderType){
if(__p < 0 || __p >= __len){
switch(__borderType){
case CV_BORDER_REPLICATE:
__p = __p < 0 ? 0 : __len - 1;
break;
case CV_BORDER_REFLECT:
case CV_BORDER_REFLECT_101:
var delta = __borderType == CV_BORDER_REFLECT_101;
if(__len == 1)
return 0;
do{
if(__p < 0)
__p = -__p - 1 + delta;
else
__p = __len - 1 - (__p - __len) - delta;
}while(__p < 0 || __p >= __len)
break;
case CV_BORDER_WRAP:
if(__p < 0)
__p -= ((__p - __len + 1) / __len) * __len;
if(__p >= __len)
__p %= __len;
break;
case CV_BORDER_CONSTANT:
__p = -1;
default:
error(arguments.callee, UNSPPORT_BORDER_TYPE/* {line} */);
}
}
return __p;
};

這個(gè)函數(shù)的意義是對于原長度為len的某一行或者某一列的虛擬像素點(diǎn)p（p一般是負(fù)數(shù)或者大于或等于該行原長度的數(shù)，負(fù)數(shù)則表示該行左邊的像素點(diǎn)，大于或等于原長度則表示是右邊的像素點(diǎn)），映射成這一行的哪一個(gè)像素點(diǎn)。我們拿CV_BORDER_REPLICATE分析一下，其表達(dá)式是：
　　__p = __p < 0 ? 0 : __len - 1;
也就是說p為負(fù)數(shù)時(shí)（也就是左邊）的時(shí)候映射為0，否則映射成len - 1。
然后我們來實(shí)現(xiàn)copyMakeBorder_8U函數(shù)：
代碼如下:
function copyMakeBorder_8U(__src, __top, __left, __bottom, __right, __borderType){
var i, j;
var width = __src.col,
height = __src.row;
var top = __top,
left = __left || __top,
right = __right || left,
bottom = __bottom || top,
dstWidth = width + left + right,
dstHeight = height + top + bottom,
borderType = borderType || CV_BORDER_REFLECT;
var buffer = new ArrayBuffer(dstHeight * dstWidth * 4),
tab = new Uint32Array(left + right);
for(i = 0; i < left; i++){
tab[i] = borderInterpolate(i - left, width, __borderType);
}
for(i = 0; i < right; i++){
tab[i + left] = borderInterpolate(width + i, width, __borderType);
}
var tempArray, data;
for(i = 0; i < height; i++){
tempArray = new Uint32Array(buffer, (i + top) * dstWidth * 4, dstWidth);
data = new Uint32Array(__src.buffer, i * width * 4, width);
for(j = 0; j < left; j++)
tempArray[j] = data[tab[j]];
for(j = 0; j < right; j++)
tempArray[j + width + left] = data[tab[j + left]];
tempArray.set(data, left);
}
var allArray = new Uint32Array(buffer);
for(i = 0; i < top; i++){
j = borderInterpolate(i - top, height, __borderType);
tempArray = new Uint32Array(buffer, i * dstWidth * 4, dstWidth);
tempArray.set(allArray.subarray((j + top) * dstWidth, (j + top + 1) * dstWidth));
}
for(i = 0; i < bottom; i++){
j = borderInterpolate(i + height, height, __borderType);
tempArray = new Uint32Array(buffer, (i + top + height) * dstWidth * 4, dstWidth);
tempArray.set(allArray.subarray((j + top) * dstWidth, (j + top + 1) * dstWidth));
}
return new Mat(dstHeight, dstWidth, new Uint8ClampedArray(buffer));
}

這里需要解釋下，邊緣的復(fù)制順序是：先對每行的左右進(jìn)行擴(kuò)展，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行上下擴(kuò)展，如圖所示。

然后我們根據(jù)ArrayBuffer的性質(zhì)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成無符號32位整數(shù)來操作，這樣每個(gè)操作單位就對應(yīng)了每個(gè)像素點(diǎn)了。什么意思？
比如對于某個(gè)像素點(diǎn)：RGBA，由于某個(gè)通道是用無符號8為整數(shù)來存儲(chǔ)的，所以實(shí)際上一個(gè)像素點(diǎn)則對應(yīng)了32位的存儲(chǔ)大小，由于ArrayBuffer的性質(zhì)，可以將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成任意類型來處理，這樣我們就可以通過轉(zhuǎn)成Uint32Array類型，將數(shù)據(jù)變成每個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)數(shù)組。
那么copyMakeConstBorder_8U就比較容易實(shí)現(xiàn)了：
代碼如下:
function copyMakeConstBorder_8U(__src, __top, __left, __bottom, __right, __value){
var i, j;
var width = __src.col,
height = __src.row;
var top = __top,
left = __left || __top,
right = __right || left,
bottom = __bottom || top,
dstWidth = width + left + right,
dstHeight = height + top + bottom,
value = __value || [0, 0, 0, 255];
var constBuf = new ArrayBuffer(dstWidth * 4),
constArray = new Uint8ClampedArray(constBuf);
buffer = new ArrayBuffer(dstHeight * dstWidth * 4);
for(i = 0; i < dstWidth; i++){
for( j = 0; j < 4; j++){
constArray[i * 4 + j] = value[j];
}
}
constArray = new Uint32Array(constBuf);
var tempArray;
for(i = 0; i < height; i++){
tempArray = new Uint32Array(buffer, (i + top) * dstWidth * 4, left);
tempArray.set(constArray.subarray(0, left));
tempArray = new Uint32Array(buffer, ((i + top + 1) * dstWidth - right) * 4, right);
tempArray.set(constArray.subarray(0, right));
tempArray = new Uint32Array(buffer, ((i + top) * dstWidth + left) * 4, width);
tempArray.set(new Uint32Array(__src.buffer, i * width * 4, width));
}
for(i = 0; i < top; i++){
tempArray = new Uint32Array(buffer, i * dstWidth * 4, dstWidth);
tempArray.set(constArray);
}
for(i = 0; i < bottom; i++){
tempArray = new Uint32Array(buffer, (i + top + height) * dstWidth * 4, dstWidth);
tempArray.set(constArray);
}
return new Mat(dstHeight, dstWidth, new Uint8ClampedArray(buffer));
}

效果圖
CV_BORDER_REPLICATE

CV_BORDER_REFLECT

CV_BORDER_WRAP

CV_BORDER_CONSTANT

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