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滤镜#xff1a;一些图像处理软件针对性地提供了一些对传统滤镜效果的模拟功能#xff0c;使图像达到一种特殊效果。滤镜通常需要同通道、图层、色阶等联合使用#xff0c;才能使图像取得最佳艺术效果。在软件界面中也直接以“滤镜”#xff08;Filter#xff09…1. 简介
滤镜一些图像处理软件针对性地提供了一些对传统滤镜效果的模拟功能使图像达到一种特殊效果。滤镜通常需要同通道、图层、色阶等联合使用才能使图像取得最佳艺术效果。在软件界面中也直接以“滤镜”Filter称呼日久便约定俗成软件中将一些特定效果effect或预设preset以‘滤镜’统一称呼。 计算机图形学中的滤镜常用于处理图像(调色改变风格等)。
1.1 什么是LUT
LUT全称LookUpTable也称为颜色查找表它代表的是一种映射关系通过LUT可以将输入的像素数组通过映射关系转换输出成另外的像素数组。比如一个像素的颜色值分别是 R1 G1 B1经过一次LUT操作后变为R2 G2 B2
R2 LUT(R1)
G2 LUT(G1)
B2 LUT(B1)通过这个映射关系就可以将一个像素的颜色转换为另外一种颜色。
1.2 为什么要使用LUT滤镜
在正常情况下8位的RGB颜色模式可以表示的颜色数量为256X256X256种如果要完全记录这种映射关系设备需要耗费大量的内存并且可能在计算时因为计算量大而产生性能问题 为了简化计算量降低内存占用可以将相近的n种颜色采用一条映射记录并存储(n通常为4)这样只需要64X64X64种就可以表示原来256X256X256的颜色数量我们也将4称为采样步长。
1.2.1 1D LUT
1D LUT映射表其实就是对单个色值通道做映射关系例如当R 3时输出R 4当G 9时输出G 3当B 10时输出B 1每个色值通道映射关系是完全独立的RGB每个色值通道没有必然联系一个色值变化并不会影响到其他色值。1D LUT可以实现画面亮度、对比度、黑场、白场、白平衡的调整,但不能实现色彩转换。
1.2.2 3D LUT
因为1D LUT映射表的限制这就需要使用3D LUT来解决了3D LUT算是1D LUT映射表叠加作用。对RGB三个色值同时做映射关系查找例如输入RGB(1,2,3)则对应找到输出值RGB(3,5,3)又或者值变换了G的值后RGB(1,3,3)对应找到输出值RGB(4,5,6)但是对于3D LUT模型映射如果记录下所有色值变化点会是一个居多的存储量一般情况下只会导出一定数量网格点来使用网格数会选择64的中间过渡或是缺失点使用插值计算来得出结果。
1.3 LUT 颜色查找表存储 (以3D LUT为例)
了解了3D LUT映射表之后再来了解一下映射表是如何存储的。LUT颜色查找表本质上就是颜色图片将颜色方块进行二维化处理。 这里以512x512尺寸查找表为例 如上图所示颜色图片分割成88格子每个88格子当中有分别存有6464个小格子存储色彩像素点。每个小格子X轴表示R色值通道Y轴表示G色值通道B色值通道放置在88格子中因此512x512尺寸颜色图片存储了646464种色彩。 LUT映射表查找过程就是先使用B值进行索引然后找到对应小格子接着根据R和G在小格子中定位到目标像素最后读取映射的RGB应用到目标像素上。
2. 示例代码 (GLSL、Python)
2.1 OpenGL(GLSL)
# 读取原始图片像素值
highp vec4 textureColor texture(iChannel1, uv);
highp float blueColor textureColor.b * 63.0;
// B通道
highp vec2 quad1;
quad1.y floor(floor(blueColor) / 8.0);
quad1.x floor(blueColor) - (quad1.y * 8.0);
highp vec2 quad2;
quad2.y floor(ceil(blueColor) / 8.0);
quad2.x ceil(blueColor) - (quad2.y * 8.0);
// R G 通道
highp vec2 texPos1;
texPos1.x (quad1.x * 0.125) 0.5/512.0 ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.r);
texPos1.y (quad1.y * 0.125) 0.5/512.0 ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.g);
highp vec2 texPos2;
texPos2.x (quad2.x * 0.125) 0.5/512.0 ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.r);
texPos2.y (quad2.y * 0.125) 0.5/512.0 ((0.125 - 1.0/512.0) * textureColor.g);
// 取出LUT基准图上对于的 R G色值
lowp vec4 newColor1 texture(iChannel2, texPos1);
lowp vec4 newColor2 texture(iChannel2, texPos2);
// 线性取一个平均值
lowp vec4 newColor mix(newColor1, newColor2, fract(blueColor));
// 混合效果
gl_FragColor mix(textureColor, vec4(newColor.rgb, textureColor.w), 0.3);
2.2 Python
import numpy as np
import cv2
import timedef get_lut(lut_img):将LUT图片转换为LUT查找表:param lut_img: (512, 512, 3) uint8:return: LUT查找表cube64rows 8cube64size 64# cube256rows 16cube256size 256cubescale cube256size // cube64size # 4reshapelut np.zeros((cube256size, cube256size, cube256size, 3))for i in range(cube64size):cx (i % cube64rows) * cube64sizecy (i // cube64rows) * cube64sizecube64 lut_img[cy:cy cube64size, cx:cx cube64size]_rows, _cols, _ cube64.shapeif _rows 0 or _cols 0:continuecube256 cv2.resize(cube64, (cube256size, cube256size))i i * cubescalefor k in range(cubescale):reshapelut[i k] cube256return reshapelutdef doLut(src, lut):使用LUT查找表处理原始图像:param src: 待处理图像:param lut: LUT查找表:return: 应用LUT滤镜后的图像arr src.copy()bs arr[:, :, 0]gs arr[:, :, 1]rs arr[:, :, 2]arr[:, :] lut[bs, gs, rs]return arrif __name__ __main__:# 读取待处理图片和LUT滤镜图片img cv2.imread(need_environment/images/star_man_HD.png)lut_img cv2.imread(need_environment/lut/ly1.png)# 将LUT滤镜图片转化为LUT查找表lut get_lut(lut_img)t1 time.time()dst doLut(img, lut)t2 time.time()print(run time: %.2f s % (t2 - t1))output_img cv2.hconcat([img, dst])h, w, _ output_img.shapeif w 1024:scale 1024 / woutput_img cv2.resize(output_img, (0, 0), fxscale, fyscale)cv2.imshow(img, output_img)cv2.waitKey(0)cv2.destroyAllWindows()
3. LUT滤镜效果 4. 如何制作LUT滤镜 自制LUT滤镜可以通过AE软件制作 在AE中创建新建合成预设尺寸为512x512大小 将原始标准LUT图片导入到合成中 在合成上右击找到效果 - 颜色校正 - 三色调 调整高光、中间调、阴影 修改原LUT图片。 然后在 合成- 帧另存为 - 文件。修改合成名称 格式改为png序列 最后点击 渲染 导出路径。
5. 参考
https://www.nxrte.com/jishu/20962.html https://juejin.cn/post/7059182367088312357 https://cloud.tencent.com/developer/article/1697293 https://www.jianshu.com/p/f054464e1b40 https://www.jianshu.com/p/d09aeea3b732
