iOS8 Core Image In Swift：人脸检测以及马赛克

iOS8 Core Image In Swift：自动改善图像以及内置滤镜的使用

Core Image不仅内置了诸多滤镜，还能检测图像中的人脸，不过Core Image只是检测，并非识别，检测人脸是指在图像中寻找符合人脸特征（只要是个人脸）的区域，识别是指在图像中寻找指定的人脸（比如某某某的脸）。Core Image在找到符合人脸特征的区域后，会返回该特征的信息，比如人脸的范围、眼睛和嘴巴的位置等。

人脸检测并标记检测到的区域

先做好以下几步：

新建一个Single View Application工程
然后在Storyboard里放入UIImageView，ContentMode设置为Aspect Fit
将UIImageView连接到VC里
放入一个名为“人脸检测”的UIButton，然后连接到VC的faceDetecting方法上
关闭Auto Layout以及Size Classes

UIImageView的frame以及VC的UI如下：

以下是工程中会用到的图，齐刷刷一排脸，点击图片显示原图：

然后在VC上添加基本的属性：懒加载的originalImage、context（Core Image框架绕不开的对象）。

class ViewController: UIViewController {

@IBOutlet var imageView: UIImageView!

lazy var originalImage: UIImage = {

return UIImage(named: "Image")

}()

lazy var context: CIContext = {

return CIContext(options: nil)

}()

......

在viewDidLoad方法里显示originalImage：

override func viewDidLoad() {

super.viewDidLoad()

// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

self.imageView.image = originalImage

}

然后就可以准备实现faceDetecting方法了。

在Core Image框架中，CIDetector对象提供了对图像检测的功能，只需要通过几个APIs就能完成CIDetector的初始化并得到检测结果：

@IBAction func faceDetecing() {

let inputImage = CIImage(image: originalImage)

let detector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace,

context: context,

options: [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh])

var faceFeatures: [CIFaceFeature]!

if let orientation: AnyObject = inputImage.properties()?[kCGImagePropertyOrientation] {

faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage,

options: [CIDetectorImageOrientation: orientation]

) as [CIFaceFeature]

} else {

faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage) as [CIFaceFeature]

}

println(faceFeatures)

......

使用kCGImagePropertyOrientation的时候，可能需要导入ImageIO框架

originalImage和context通过懒加载都得到了，在创建CIDetector对象的时候，必须告诉它要检测的内容，这里当然是传CIDetectorTypeFace了，除了CIDetectorTypeFace外，CIDetector还能检测二维码；然后传递一个context，多个CIDetector可以共用一个 context对象；第三个参数是一个字典，我们能够指定检测的精度，除了CIDetectorAccuracyHigh以外，还有 CIDetectorAccuracyLow，精度高会识别度更高，但识别速度就更慢。

创建完CIDetector之后，把要识别的CIImage传递给它，在这里，我判断了CIImage是否带有方向的元数据，如果带的话调用就featuresInImage:options这个方法，因为方向对CIDetector来说至关重要，直接导致识别的成功与否；而有的图片没有方向这些元数据，就调用featuresInImage方法，由于这张《生活大爆炸》的图是不带方向元数据的，所以是执行的featuresInImage方法，但是大多数情况下应该会用到前者。

featuresInImage方法的返回值是一个CIFaceFeature数组，CIFaceFeature包含了面部的范围、左右眼、嘴巴的位置等，我们通过使用bounds就能标记出面部的范围。

我们很容易写出这样的代码：

获取所有的面部特征
用bounds实例化一个UIView
把View显示出来

实现出来就像这样：

@IBAction func faceDetecing() {

let inputImage = CIImage(image: originalImage)

let detector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace,

context: context,

options: [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh])

var faceFeatures: [CIFaceFeature]!

if let orientation: AnyObject = inputImage.properties()?[kCGImagePropertyOrientation] {

faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage, options: [CIDetectorImageOrientation: orientation]) as [CIFaceFeature]

} else {

faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage) as [CIFaceFeature]

}

println(faceFeatures)

for faceFeature in faceFeatures {

let faceView = UIView(frame: faceFeature.bounds)

faceView.layer.borderColor = UIColor.orangeColor().CGColor

faceView.layer.borderWidth = 2

imageView.addSubview(faceView)

}

这样写是否可以呢？如果你运行起来会得到这样的效果：

这是因为我们的inputImage，其实是用originalImage初始化的，而我这张originalImage的真实大小比实际看到的大得多：

它的宽实有600像素，我把它以@2x命名，实际显示有300像素，且在imageView里以Aspect Fit模式展示（imageViwe宽为300像素），在显示的时候被缩放了，但是在内存中它是完整的，除此之外，CIImage的坐标系统和UIView的坐标系统也不一样，CIImage的坐标系统就像数学坐标系统，原点在下，在UIView看来，就是倒置的，这是因Core Image、Core Graphics这些框架都来源于Mac OS X，在Mac OS X上这种坐标系统已存在多年，iOS直接引入了这些框架，这解决了Cocoa App和iOS App底层兼容性的问题，但是在上层就只能自己解决了。所以实际上它是这样的：

我们需要做两步工作：

调整transform，让它正过来
缩放bounds，让它适配imageView

然后再次很容易的写下了这样的代码：

@IBAction func faceDetecing() {

let inputImage = CIImage(image: originalImage)

let detector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace,

context: context,

options: [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh])

var faceFeatures: [CIFaceFeature]!

if let orientation: AnyObject = inputImage.properties()?[kCGImagePropertyOrientation] {

faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage, options: [CIDetectorImageOrientation: orientation]) as [CIFaceFeature]

} else {

faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage) as [CIFaceFeature]

}

println(faceFeatures)

// 1.

let inputImageSize = inputImage.extent().size

var transform = CGAffineTransformIdentity

transform = CGAffineTransformScale(transform, 1, -1)

transform = CGAffineTransformTranslate(transform, 0, -inputImageSize.height)

for faceFeature in faceFeatures {

var faceViewBounds = CGRectApplyAffineTransform(faceFeature.bounds, transform)

// 2.

let scaleTransform = CGAffineTransformMakeScale(0.5, 0.5)

faceViewBounds = CGRectApplyAffineTransform(faceViewBounds, scaleTransform)

let faceView = UIView(frame: faceViewBounds)

faceView.layer.borderColor = UIColor.orangeColor().CGColor

faceView.layer.borderWidth = 2

imageView.addSubview(faceView)

}

现在看起来就没有问题了，在第一步里我们放置了一个调整坐标系统的tranform，在第二步对bounds进行了缩放（等同于把x、y、width、 height全部乘以0.5），由于我们知道实际scale是0.5（原图600像素，imageView宽为300像素），就直接写死了0.5，但运行后出现了一点点偏移：

这其实是因为我把imageView的ContentMode设为Aspect Fit的结果：

一般来讲，我们不会拉伸照片，通常会按宽、高进行适配，所以我们还需要对Aspect Fit进行处理，上面代码修改后如下：

@IBAction func faceDetecing() {

let inputImage = CIImage(image: originalImage)

let detector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace,

context: context,

options: [CIDetectorAccuracy: CIDetectorAccuracyHigh])

var faceFeatures: [CIFaceFeature]!

if let orientation: AnyObject = inputImage.properties()?[kCGImagePropertyOrientation] {

faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage, options: [CIDetectorImageOrientation: orientation]) as [CIFaceFeature]

} else {

faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage) as [CIFaceFeature]

}

println(faceFeatures)

// 1.

let inputImageSize = inputImage.extent().size

var transform = CGAffineTransformIdentity

transform = CGAffineTransformScale(transform, 1, -1)

transform = CGAffineTransformTranslate(transform, 0, -inputImageSize.height)

for faceFeature in faceFeatures {

var faceViewBounds = CGRectApplyAffineTransform(faceFeature.bounds, transform)

// 2.

var scale = min(imageView.bounds.size.width / inputImageSize.width,

imageView.bounds.size.height / inputImageSize.height)

var offsetX = (imageView.bounds.size.width - inputImageSize.width * scale) / 2

var offsetY = (imageView.bounds.size.height - inputImageSize.height * scale) / 2

faceViewBounds = CGRectApplyAffineTransform(faceViewBounds, CGAffineTransformMakeScale(scale, scale))

faceViewBounds.origin.x += offsetX

faceViewBounds.origin.y += offsetY

let faceView = UIView(frame: faceViewBounds)

faceView.layer.borderColor = UIColor.orangeColor().CGColor

faceView.layer.borderWidth = 2

imageView.addSubview(faceView)

}

在第二步里，除了通过宽、高比计算scale外，还计算了x、y轴的偏移，以确保在宽或高缩放的情况下都能正常工作（最后除以2是因为缩放时是居中显示，上下或左右都各有一半）。

编译、运行，在不同的高度下的效果图：

面部马赛克

检测到面部以后，我们还能做一些有趣的操作，比如打上马赛克：

这是苹果官方例子上的一张图，展示了把一张照片中所有的面部打上马赛克的方法：

基于原图，创建一个将所有部分都马赛克的图片
为检测到的人脸创建一张蒙版图
用蒙版图，将完全马赛克的图和原图混合起来

我们在VC上添加一个名为“马赛克”的按钮，将其事件连接到VC的pixellated方法上，然后开始实现马赛克的效果。

具体步骤如下：

创建完全马赛克的图

使用CIPixellate滤镜，其参数设置：

设置inputImage为原图
可以根据自己的需要，选择设置inputScale参数，inputScale取值为1到100，取值越大，马赛克就越大

这一步的效果图：

为检测到的人脸创建蒙版图

和之前一样，使用CIDetector检测人脸，然后为每一张脸：

使用CIRadialGradient滤镜创建一个把脸包围起来的圆
使用CISourceOverCompositing滤镜把各个蒙版（有几张脸其实就有几个蒙版）组合起来

这一步的效果图：

混合马赛克图、蒙版图以及原图

用CIBlendWithMask滤镜来混合三者，其参数设置如下：

设置inputImage为马赛克图
设置inputBackground为原图
设置inputMaskImage为蒙版图

完整实现代码如下：

@IBAction func pixellated() {

// 1.

var filter = CIFilter(name: "CIPixellate")

println(filter.attributes())

let inputImage = CIImage(image: originalImage)

filter.setValue(inputImage, forKey: kCIInputImageKey)

// filter.setValue(max(inputImage.extent().size.width, inputImage.extent().size.height) / 60, forKey: kCIInputScaleKey)

let fullPixellatedImage = filter.outputImage

// let cgImage = context.createCGImage(fullPixellatedImage, fromRect: fullPixellatedImage.extent())

// imageView.image = UIImage(CGImage: cgImage)

// 2.

let detector = CIDetector(ofType: CIDetectorTypeFace,

context: context,

options: nil)

let faceFeatures = detector.featuresInImage(inputImage)

// 3.

var maskImage: CIImage!

for faceFeature in faceFeatures {

println(faceFeature.bounds)

// 4.

let centerX = faceFeature.bounds.origin.x + faceFeature.bounds.size.width / 2

let centerY = faceFeature.bounds.origin.y + faceFeature.bounds.size.height / 2

let radius = min(faceFeature.bounds.size.width, faceFeature.bounds.size.height)

let radialGradient = CIFilter(name: "CIRadialGradient",

withInputParameters: [

"inputRadius0" : radius,

"inputRadius1" : radius + 1,

"inputColor0" : CIColor(red: 0, green: 1, blue: 0, alpha: 1),

"inputColor1" : CIColor(red: 0, green: 0, blue: 0, alpha: 0),

kCIInputCenterKey : CIVector(x: centerX, y: centerY)

])

println(radialGradient.attributes())

// 5.

let radialGradientOutputImage = radialGradient.outputImage.imageByCroppingToRect(inputImage.extent())

if maskImage == nil {

maskImage = radialGradientOutputImage

} else {

println(radialGradientOutputImage)

maskImage = CIFilter(name: "CISourceOverCompositing",

withInputParameters: [

kCIInputImageKey : radialGradientOutputImage,

kCIInputBackgroundImageKey : maskImage

]).outputImage

}

// 6.

let blendFilter = CIFilter(name: "CIBlendWithMask")

blendFilter.setValue(fullPixellatedImage, forKey: kCIInputImageKey)

blendFilter.setValue(inputImage, forKey: kCIInputBackgroundImageKey)

blendFilter.setValue(maskImage, forKey: kCIInputMaskImageKey)

// 7.

let blendOutputImage = blendFilter.outputImage

let blendCGImage = context.createCGImage(blendOutputImage, fromRect: blendOutputImage.extent())

imageView.image = UIImage(CGImage: blendCGImage)

}

我详细的分为了7个部分：

用CIPixellate滤镜对原图先做个完全马赛克
检测人脸，并保存在faceFeatures中
初始化蒙版图，并开始遍历检测到的所有人脸
由于我们要基于人脸的位置，为每一张脸都单独创建一个蒙版，所以要先计算出脸的中心点，对应为x、y轴坐标，再基于脸的宽度或高度给一个半径，最后用这些计算结果初始化一个CIRadialGradient滤镜（我将inputColor1的alpha赋值为0，表示将这些颜色值设为透明，因为我不关心除了蒙版以外的颜色，这点和苹果官网中的例子有太一样，苹果将其赋值为了1）
由于CIRadialGradient滤镜创建的是一张无限大小的图，所以在使用之前先对它进行裁剪（苹果官网例子中没有对其裁剪。。），然后把每一张脸的蒙版图合在一起
用CIBlendWithMask滤镜把马赛克图、原图、蒙版图混合起来
输出，在界面上显示

运行效果：

一个简单的对照片进行马赛克处理的例子就完成了。

GitHub下载地址

我在GitHub上会保持更新。

UPDATED:

细心的朋友会发现马赛克的面积比检测到的面积要大：

这是因为计算马赛克radius时没有考虑缩放的因素，只要先计算出scale，再把scale和现在的radius相乘就能得到精确的范围。

计算scale：

var scale = min(imageView.bounds.size.width / inputImage.extent().size.width,

imageView.bounds.size.height / inputImage.extent().size.height)

修正radius：

let radius = min(faceFeature.bounds.size.width, faceFeature.bounds.size.height) * scale

修正后的马赛克效果与人脸检测效果：

参考资料：

https://developer.apple.com/library/mac/documentation/graphicsimaging/conceptual/CoreImaging/ci_intro/ci_intro.html