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Photoshop图像算法（十）（代码在每个原理后面）

article 2024/10/30 11:31:46

八方向浮雕算法

在 Photoshop 中，八方向浮雕效果（Emboss）主要是通过对图像进行高度图的处理，以模拟三维效果。其基本原理和算法可以归纳为以下几个步骤：

原理

高度图生成：将图像的亮度信息转化为高度。通常，亮部会被视为“高”，而暗部会被视为“低”。
法线计算：计算每个像素点的法线向量。通过对相邻像素的高度差进行比较，来确定表面在x和y方向的斜率。
光照模拟：根据法线向量和指定的光照方向计算每个像素的光照强度，以产生阴影和高光效果。
最终效果合成：将得到的光照信息与原始图像结合，形成浮雕效果。

算法步骤

灰度化：将输入图像转换为灰度图像，以便于进行高度处理。
获取邻域像素值：对每个像素，获取其周围邻域（通常是3x3或5x5）像素的值。
计算法线：
- 使用如下公式计算x和y方向的梯度（假设以 (i, j) 为中心像素）：
  $G_x = I(i+1, j) - I(i-1, j)$
  $G_y = I(i, j+1) - I(i, j-1)$
计算浮雕效果：
- 使用以下公式来生成浮雕效果：
  $E(i, j) = \text{sign}(G_x) \cdot \sqrt{|G_x|} + \text{sign}(G_y) \cdot \sqrt{|G_y|}$
- 其中，(\text{sign}(x)) 返回 x 的符号（正为 1，负为 -1，零为 0）。
应用光照模型：
- 假设光源方向为 (Lx, Ly, Lz)，则每个像素的亮度可以由法线 (Nx, Ny, Nz) 与光源方向的点积来决定：
  $I(i, j) = \max(0, N \cdot L)$
对像素值进行归一化：将浮雕效果的值限制在0到255之间，使其符合图像的像素值范围。

注意事项

光源方向的选择会影响突出的效果。
在实际应用过程中，可能会结合其他图像处理技术，如模糊和锐化，以增强浮雕效果。
调整参数（如光照强度、浮雕深度等）可以产生不同的视觉效果。

这些步骤和公式概述了八方向浮雕效果的基本实现方法，可以在 Photoshop 或其他图像处理软件中进行类似的操作。

//8方向浮雕
enum  DIR
{
	N,
	NE,
	E,
	SE,
	S,
	SW,
	W,
	NW
};

Mat DiamondEmboss(Mat src, DIR dir = SE, int offset = 127) {
	int row = src.rows;
	int col = src.cols;
	int ioffset = 0;
	int joffset = 0;
	switch (dir)
	{
	case N:
		ioffset = -1;
		joffset = 0;
		break;
	case NE:
		ioffset = -1;
		joffset = 1;
		break;
	case E:
		ioffset = 0;
		joffset = 1;
		break;
	case SE:
		ioffset = 1;
		joffset = 1;
		break;
	case S:
		ioffset = 1;
		joffset = -1;
		break;
	case SW:
		ioffset = 0;
		joffset = -1;
		break;
	case W:
		ioffset = 0;
		joffset = -1;
		break;
	case NW:
		ioffset = 1;
		joffset = 1;
		break;
	default:
		break;
	}
	Mat dst(row, col, CV_8UC3);
	int border = 1;
	for (int i = border; i < row - border; i++) {
		for (int j = border; j < col - border; j++) {
			for (int k = 0; k < 3; k++) {
				int sum = src.at<Vec3b>(i, j)[k] - src.at<Vec3b>(i - ioffset, j - joffset)[k] + offset;
				if (sum < 0) sum = -sum;
				if (sum < 64) sum = 64;
				if (sum > 255) sum = 255;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[k] = sum;
			}
		}
	}
	return dst;
}

其他色彩特效

Mat ColorTrans(Mat src, int op) {
	//op=1 呈现碧绿效果，就是要使色彩呈暗绿色，给人诡异的感觉
	int row = src.rows;
	int col = src.cols;
	Mat dst(row, col, CV_8UC3);
	if (op == 1) {
		for (int i = 0; i < row; i++) {
			for (int j = 0; j < col; j++) {
				int b = src.at<Vec3b>(i, j)[0];
				int g = src.at<Vec3b>(i, j)[1];
				int r = src.at<Vec3b>(i, j)[2];
				int R = (g - b) * (g - b) / 128;
				int G = (r - b) * (r - b) / 128;
				int B = (r - g) * (r - g) / 128;
				if (R > 255) R = 255;
				if (R < 0) R = 0;
				if (G > 255) G = 255;
				if (G < 0) G = 0;
				if (B > 255) B = 255;
				if (B < 0) B = 0;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[0] = B;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[1] = G;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[2] = R;
			}
		}
	}
	else if (op == 2) {
		//op=2 棕褐色效果就是要实现那种图像模糊、略带发黄的老照片的感觉，别具风情
		for (int i = 0; i < row; i++) {
			for (int j = 0; j < col; j++) {
				int b = src.at<Vec3b>(i, j)[0];
				int g = src.at<Vec3b>(i, j)[1];
				int r = src.at<Vec3b>(i, j)[2];
				int R = 0.393 * r + 0.769 * g + 0.189 * b;
				int G = 0.349 * r + 0.686 * g + 0.168 * b;
				int B = 0.272 * r + 0.534 * g + 0.131 * b;
				if (R > 255) R = 255;
				if (R < 0) R = 0;
				if (G > 255) G = 255;
				if (G < 0) G = 0;
				if (B > 255) B = 255;
				if (B < 0) B = 0;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[0] = B;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[1] = G;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[2] = R;
			}
		}
	}
	else if (op == 3) {
		//op=3 冰冻效果就是使图像呈现一种晶莹的淡蓝色
		for (int i = 0; i < row; i++) {
			for (int j = 0; j < col; j++) {
				int b = src.at<Vec3b>(i, j)[0];
				int g = src.at<Vec3b>(i, j)[1];
				int r = src.at<Vec3b>(i, j)[2];
				int R = abs(r - g - b) * 3 / 2;
				int G = abs(g - b - r) * 3 / 2;
				int B = abs(b - r - g) * 3 / 2;
				if (R > 255) R = 255;
				if (R < 0) R = 0;
				if (G > 255) G = 255;
				if (G < 0) G = 0;
				if (B > 255) B = 255;
				if (B < 0) B = 0;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[0] = B;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[1] = G;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[2] = R;
			}
		}
	}
	else if (op == 4) {
		//op=4 熔铸效果类似打铁的场景
		for (int i = 0; i < row; i++) {
			for (int j = 0; j < col; j++) {
				int b = src.at<Vec3b>(i, j)[0];
				int g = src.at<Vec3b>(i, j)[1];
				int r = src.at<Vec3b>(i, j)[2];
				int R = r * 128 / (g + b + 1);
				int G = g * 128 / (b + r + 1);
				int B = b * 128 / (r + g + 1);
				if (R > 255) R = 255;
				if (R < 0) R = 0;
				if (G > 255) G = 255;
				if (G < 0) G = 0;
				if (B > 255) B = 255;
				if (B < 0) B = 0;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[0] = B;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[1] = G;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[2] = R;
			}
		}
	}
	else if (op == 5) {
		//op=5 暗调效果是通过降低色彩的各个分量，使整幅图像变得深谙
		for (int i = 0; i < row; i++) {
			for (int j = 0; j < col; j++) {
				int b = src.at<Vec3b>(i, j)[0];
				int g = src.at<Vec3b>(i, j)[1];
				int r = src.at<Vec3b>(i, j)[2];
				int R = r * r / 255;
				int G = g * g / 255;
				int B = b * b / 255;
				/*if (R > 255) R = 255;
				if (R < 0) R = 0;
				if (G > 255) G = 255;
				if (G < 0) G = 0;
				if (B > 255) B = 255;
				if (B < 0) B = 0;*/
				dst.at<Vec3b>(i, j)[0] = B;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[1] = G;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[2] = R;
			}
		}
	}
	else if (op == 6) {
		//op=6 对调效果通过对彩色分量进行轮换的方式重新组合得到新的色彩
		for (int i = 0; i < row; i++) {
			for (int j = 0; j < col; j++) {
				int b = src.at<Vec3b>(i, j)[0];
				int g = src.at<Vec3b>(i, j)[1];
				int r = src.at<Vec3b>(i, j)[2];
				int R = g * b / 255;
				int G = b * r / 255;
				int B = r * g / 255;
				/*if (R > 255) R = 255;
				if (R < 0) R = 0;
				if (G > 255) G = 255;
				if (G < 0) G = 0;
				if (B > 255) B = 255;
				if (B < 0) B = 0;*/
				dst.at<Vec3b>(i, j)[0] = B;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[1] = G;
				dst.at<Vec3b>(i, j)[2] = R;
			}
		}
	}
	return dst;
}

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