零. 写在前面
最近的需求是做图像处理相关的，需要做出一个高斯模糊的效果，但是博客搜了一下，参考文章全部是代码，没有解释为什么，看得我一脸懵逼，后面自己收集了相关的材料，整理了一下，发现处理的方法其实不是高斯模糊，而是最简单的均值模糊，所以在这篇文章解释一下均值模糊的原理。
一. 模糊的简介
模糊，即在图像中，每一个像素都取了周边像素的平均值，如下图，设一张图片的像素值中间像素为2，周边像素均为1，如果中间点取周围点的平均值，就会变成1，在数值上产生了平滑效果，而在图形上，则产生了模糊效果，即中间的点失去了细节。
正常像素
模糊像素
二. 卷积核
如何使中间的点变成1？这时候我们需要引入卷积核（Convolution kernel）的概念。
卷积是像素单位的操作，即对每个像素都要执行同样的算法，而一个核可以看做一个二维的网格数据，图像也可以看做一个二维的网格数据，对一个图像应用核（kernel）可以想象成把一个小格子（核）平铺在大格子（图像）上面。
如下图所示，最底层为原图像，中间层为核，最上层为处理后的图像。在进行卷积运算时，kernel的中心值会覆盖在待转换的像素上面，然后将kernel的每个值与其下方的像素值相乘，最后将所有结果相加，相加后的结果就是新的像素强度。
需要注意的是，核的行和列的数量必须为奇数，否则将会找不到中心点。
三. 均值模糊
均值模糊，也叫领域平均、均值滤波，是图像平滑去噪算法中最简单的一种，它会将原图中的一个像素值和它周围临近的N个像素值相加，然后求得平均值，获得新图中该点的像素值，数学公式为：，其中，N为kernel的像素个数。
如：3*3的kernel为：
kernel的width和height越大，模糊效果越明显。
四. 相关API
vImage为这种权重相同的kernel提供了专门的api：
vImage_Error error = vImageBoxConvolve_ARGB8888(src,
dest,
tempBuffer,
srcOffsetToROI_X,
srcOffsetToROI_Y,
kernel_height,
kernel_width,
backgroundColor,
flags);
各参数意义如下：
-
vImage_Buffer *src：原图的buffer类型
-
vImage_Buffer * dest：输出的buffer类型
-
void *tempBuffer：临时的buffer，可置空
-
vImagePixelCount srcOffsetToROI_X：x轴方向的位移，相对于左上角像素
-
vImagePixelCount srcOffsetToROI_Y：y轴方向的位移，相对于左上角像素
-
uint32_t kernel_height：kernel的高度，必须是奇数
-
uint32_t kernel_width：kernel的宽度，必须是奇数
-
Pixel_8888 backgroundColor：背景色
-
vImage_Flags flags：标志位，kvImageEdgeExtend代表如果像素点缺失，则使用最近的像素点
五. API的调用
要调用均值模糊的API，可以分为以下步骤：
- 通过CGImageRef获取inBuffer的width、height、rowBytes、data
- 同样设置outBuffer的相关参数
- 调用API，获得outBuffer
- 根据outBuffer再转化为CGImageRef
- 释放相关指针
- (void)_processGaussianImage:(UIImage *)image completedBlock:(void (^)(UIImage * _Nullable image))completeBlock {
CGFloat blur = 0.5f;
int boxSize = (int)(blur * 40);
// 确保为奇数
boxSize = boxSize - (boxSize % 2) + 1;
CGImageRef imageRef = image.CGImage;
vImage_Buffer inBuffer, outBuffer;
vImage_Error error;
void *pixelBuffer;
// 从CGImage中获取数据
CGDataProviderRef inProvider = CGImageGetDataProvider(imageRef);
CFDataRef inBitmapData = CGDataProviderCopyData(inProvider);
// 设置从CGImage获取对象的属性
pixelBuffer = malloc(CGImageGetBytesPerRow(imageRef) * CGImageGetHeight(imageRef));
outBuffer.width = inBuffer.width = CGImageGetWidth(imageRef);
outBuffer.height = inBuffer.height = CGImageGetHeight(imageRef);
outBuffer.rowBytes = inBuffer.rowBytes = CGImageGetBytesPerRow(imageRef);
inBuffer.data = (void *)CFDataGetBytePtr(inBitmapData);
outBuffer.data = pixelBuffer;
// 均值模糊
error = vImageBoxConvolve_ARGB8888(&inBuffer,
&outBuffer,
NULL,
0,
0,
boxSize,
boxSize,
NULL,
kvImageEdgeExtend);
if (error) {
NSLog(@"Error from convolution %ld", error);
}
CGColorSpaceRef colorSpace = CGColorSpaceCreateDeviceRGB();
CGContextRef context = CGBitmapContextCreate(outBuffer.data, outBuffer.width, outBuffer.height, 8, outBuffer.rowBytes, colorSpace, CGImageGetBitmapInfo(imageRef));
CGImageRef resultImageRef = CGBitmapContextCreateImage(context);
UIImage *resultImage = [UIImage imageWithCGImage:resultImageRef];
CGColorSpaceRelease(colorSpace);
free(pixelBuffer);
CFRelease(inBitmapData);
CGColorSpaceRelease(colorSpace);
CGImageRelease(resultImageRef);
if (completeBlock) {
completeBlock(resultImage);
}
}
六. 参考文献
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