Javascript影像處理—虛擬邊緣介紹及使用方法

前言
上一篇文章，我們來給矩陣添加一些常用方法，這篇文章將講解映像的虛擬邊緣。

虛擬邊緣
虛擬邊緣就是按照一定映射關係，給映像添加邊緣。
那麼虛擬邊緣有什麼用呢？比如可以很容易做一個倒影的效果：

當然這隻是附帶效果了，虛擬邊緣主要用在映像卷積運算（例如平滑操作）時候，由於卷積運算的特點，需要將圖片擴大才能對邊角進行卷積運算，這時候就需要對圖片進行預先處理，添加虛擬邊緣。
說白了，就是在一些圖片處理前進行預先處理。

邊緣類型
這裡參考OpenCV相關文檔的邊緣描述： 複製代碼 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'
*/

舉個例子BODER_REFLECT就是對於某一行或某一列像素點：
　　abcdefgh
其左的虛擬邊緣對應為fedcba，右邊對應為hgfedcb，也就是反射映射。就是通過對圖片底部進行添加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。
實現
因為BORDER_CONSTANT比較特殊，所以和其他類型分開處理。 複製代碼 代碼如下:function copyMakeBorder(__src, __top, __left, __bottom, __right, __borderType, __value){
if(__src.type != "CV_RGBA"){
console.error("不支援類型！");
}
if(__borderType === CV_BORDER_CONSTANT){
return copyMakeConstBorder_8U(__src, __top, __left, __bottom, __right, __value);
}else{
return copyMakeBorder_8U(__src, __top, __left, __bottom, __right, __borderType);
}
};

這個函數接受一個輸入矩陣src，每個方向要添加的像素大小top，left，bottom，right，邊緣的類型borderType，還有一個數組value，即如果是常數邊緣時候添加的常數值。
然後我們引入一個邊緣的映射關係函數borderInterpolate。 複製代碼 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;
};

這個函數的意義是對於原長度為len的某一行或者某一列的虛擬像素點p（p一般是負數或者大於或等於該行原長度的數，負數則表示該行左邊的像素點，大於或等於原長度則表示是右邊的像素點），映射成這一行的哪一個像素點。我們拿CV_BORDER_REPLICATE分析一下，其運算式是：
　　__p = __p < 0 ? 0 : __len - 1;
也就是說p為負數時（也就是左邊）的時候映射為0，否則映射成len - 1。
然後我們來實現copyMakeBorder_8U函數： 複製代碼 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));
}

這裡需要解釋下，邊緣的複製順序是：先對每行的左右進行擴充，然後在此基礎上進行上下擴充，。

然後我們根據ArrayBuffer的性質，將資料轉成無符號32位整數來操作，這樣每個操作單位就對應了每個像素點了。什麼意思？
比如對於某個像素點：RGBA，由於某個通道是用無符號8為整數來儲存的，所以實際上一個像素點則對應了32位的儲存大小，由於ArrayBuffer的性質，可以將資料轉成任意類型來處理，這樣我們就可以通過轉成Uint32Array類型，將資料變成每個像素點的資料數組。
那麼copyMakeConstBorder_8U就比較容易實現了： 複製代碼 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));
}

CV_BORDER_REPLICATE

CV_BORDER_REFLECT

CV_BORDER_WRAP

CV_BORDER_CONSTANT