使用JavaScript實(shí)現(xiàn)二值化圖像

更新時(shí)間：2024年01月26日 14:45:59 作者：xuliang

這篇文章主要為大家詳細(xì)介紹了使用JavaScript將圖像轉(zhuǎn)換為黑白二值圖的兩種方法,文中的示例代碼講解詳細(xì),感興趣的小伙伴可以跟隨小編一起學(xué)習(xí)一下

減少文件大?。号c24位彩色圖像相比，1位黑白圖像所需的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)通常更少。
圖像處理：許多圖像處理算法需要先將圖像轉(zhuǎn)換為二值圖。
用于顯示和打印：一些輸入/輸出設(shè)備，如激光打印機(jī)、傳真機(jī)和顯示器，只能處理二值圖。
美學(xué)：二值圖像的像素明顯，可以算作一種像素藝術(shù)。

將圖像轉(zhuǎn)換為黑白的過(guò)程稱(chēng)為閾值處理(thresholding)，通常執(zhí)行以下操作：

將圖像轉(zhuǎn)換為灰度
如果像素的灰度值小于閾值，則將該像素替換為黑色；如果大于閾值，則將該像素替換為白色

轉(zhuǎn)換為黑白的示例圖像：

在本文中，我們將討論使用JavaScript將圖像轉(zhuǎn)換為黑白二值圖的兩種方法。

Canvas
Dynamic Web TWAIN ，一個(gè)文檔掃描SDK

在線(xiàn)demo

編寫(xiě)一個(gè)HTML5頁(yè)面以轉(zhuǎn)換圖像為黑白

使用以下模板創(chuàng)建一個(gè)新的HTML5頁(yè)面，然后讓我們?yōu)槠涮砑訄D像顏色轉(zhuǎn)換功能。

<!DOCTYPE html>
<html lang="en">
<head>
  <meta charset="UTF-8">
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
  <title>Convert an Image to Black and White</title>
  <style>
  </style>
</head>
<body>
  <div class="home">
    <h2>Convert an Image to Black and White</h2>
    <button id="convertButton">Convert</button>
  </div>
  <script>
  </script>
</body>
</html>

加載圖片

添加用于選擇文件的input元素，并使用按鈕觸發(fā)它。圖片將被加載到兩個(gè)img元素中，一個(gè)用于顯示轉(zhuǎn)換的結(jié)果，另一個(gè)用于存儲(chǔ)原始圖像。

HTML：

<button id="loadFileButton">Load a File</button>
<input style="display:none;" type="file" id="file" onchange="loadImageFromFile();" accept=".jpg,.jpeg,.png,.bmp" />
<div class="imageContainer">
  <img id="image"/>
  <img id="imageHidden"/>
</div>
<style>
  .imageContainer {
    max-width: 50%;
  }

  #image {
    max-width: 100%;
  }

  #imageHidden {
    display: none;
  }
</style>

JavaScript：

function loadImageFromFile(){
  let fileInput = document.getElementById("file");
  let files = fileInput.files;
  if (files.length == 0) {
    return;
  }
  let file = files[0];
  fileReader = new FileReader();
  fileReader.onload = function(e){
    document.getElementById("image").src = e.target.result;
    document.getElementById("imageHidden").src = e.target.result;
  };
  fileReader.onerror = function () {
    console.warn('oops, something went wrong.');
  };
  fileReader.readAsDataURL(file);
}

使用Canvas將圖像轉(zhuǎn)換為黑白

HTML5提供了一個(gè)canvas標(biāo)簽，我們可以用它操作圖像數(shù)據(jù)。我們可以使用它將圖像轉(zhuǎn)換為黑白。

向頁(yè)面添加一個(gè)隱藏的canvas元素。

<canvas id="canvasHidden"></canvas>
<style>
  #canvasHidden {
    display: none;
  }
</style>

添加用于指定旋轉(zhuǎn)閾值的input元素。

<div class="thresholdControls" style="display:inline">
  <label>
    Threshold (0-255):
    <input id="threshold" type="number" min="0" max="255" value="127">
  </label>
</div>

將canvas的大小設(shè)置為圖像的大小。

const image = document.getElementById("image");
const canvas = document.getElementById("canvasHidden");
canvas.width = image.naturalWidth;
canvas.height = image.naturalHeight;

獲取canvas的context以執(zhí)行操作。

const context = canvas.getContext("2d");

將圖像繪制到canvas上。

context.drawImage(image, 0, 0);

獲取圖像的ImageData：

const imageData = context.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);

ImageData以RGBA順序?qū)⑾袼刂荡鎯?chǔ)在Uint8ClampedArray中，取值范圍是0到255。像素從左上角到右下角逐行排列。

創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)以根據(jù)RGB值計(jì)算灰度值。

//https://github.com/image-js/image-js/blob/9ab86a86f6c13a9a7d14c62566c1396c3c6f54f4/src/image/transform/greyAlgorithms.js
function RGBToGrayScale(red,green,blue){
  //return red * 0.2126 + green * 0.7152 + blue * 0.0722;
  return (red * 6966 + green * 23436 + blue * 2366) >> 15;
}

計(jì)算灰度值的方法有很多。這里，我們使用Rec. 709亮度系數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。使用基于整數(shù)的乘法計(jì)算和移位優(yōu)化了計(jì)算速度。

創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)以根據(jù)閾值確定像素值應(yīng)該為黑色還是白色。

//return true if the value should be black. return false if the value should be white
function threshold(grayscale){
  const thresholdValue = parseInt(document.getElementById("threshold").value);
  if (grayscale < thresholdValue) {
    return true;
  }else{
    return false;
  }
}

遍歷所有像素，將RGB值設(shè)置為我們計(jì)算出的黑白值，黑色是0，白色是255。

const pixels = imageData.data; //[r,g,b,a,...]
for (var i = 0; i < pixels.length; i += 4) {
  const red = pixels[i];
  const green = pixels[i + 1];
  const blue = pixels[i + 2];
  const grayscale = RGBToGrayScale(red, green, blue)
  if (threshold(grayscale)) {
    pixels[i] = 0;
    pixels[i + 1] = 0;
    pixels[i + 2] = 0;
  }else{
    pixels[i] = 255;
    pixels[i + 1] = 255;
    pixels[i + 2] = 255;
  }
}

放回ImageData。

context.putImageData(imageData, 0, 0);

顯示轉(zhuǎn)換后的圖像。

image.src = canvas.toDataURL();

使用OTSU方法確定閾值

我們可以使用OTSU方法自動(dòng)確定分離背景和前景的最佳閾值。

在頁(yè)面中包含以下JS文件。

//https://github.com/cawfree/otsu/
const histo = (data, bins) =>
  data.reduce((arr, e) => {
    arr[bins.indexOf(e)] += 1;
    return arr;
  }, [...Array(bins.length)].fill(0));

const width = (hist, s, e) => {
  let v = 0;
  for (let i = s; i < e; i += 1) {
    v += hist[i];
  }
  return v;
};

const bins = data => Array.from(new Set(data)).sort((e0, e1) => e0 - e1);

const weight = (hist, s, e, total) => {
  let v = 0;
  for (let i = s; i < e; i += 1) {
    v += hist[i];
  }
  return v / total;
};

const mean = (hist, bins, s, e, width) => {
  let v = 0;
  for (let i = s; i < e; i += 1) {
    v += hist[i] * bins[i];
  }
  return v * width;
};

const variance = (hist, bins, s, e, mean, width) => {
  let v = 0;
  for (let i = s; i < e; i += 1) {
    const d = bins[i] - mean;
    v += d * d * hist[i];
  }
  return v * width;
};

const cross = (wb, vb, wf, vf) => wb * vb + wf * vf;

const otsu = (data) => {
  const b = bins(data);
  const h = histo(data, b);
  const { length: total } = data;
  const vars = [...Array(b.length)].map((_, i) => {
    const s0 = 0;
    const e0 = i;
    const s1 = i;
    const e1 = h.length;

    const w0 = 1 / width(h, s0, e0);
    const w1 = 1 / width(h, s1, e1);

    const wb = weight(h, s0, e0, total);
    const vb = variance(h, b, s0, e0, mean(h, b, s0, e0, w0), w0);

    const wf = weight(h, s1, e1, total);
    const vf = variance(h, b, s1, e1, mean(h, b, s1, e1, w1), w1);

    const x = cross(wb, vb, wf, vf);

    return !isNaN(x) ? x : Number.POSITIVE_INFINITY;
  });

  return b[vars.indexOf(Math.min(...vars))];
};

使用OTSU計(jì)算閾值。我們需要將灰度直方圖傳遞給otsu函數(shù)。

function calculateThresholdWithOTSU(){
  const image = document.getElementById("imageHidden");
  const canvas = document.getElementById("canvasHidden");
  const width = image.naturalWidth;
  const height = image.naturalHeight;
  const context = canvas.getContext('2d');
  canvas.width = width;
  canvas.height = height;
  context.drawImage(image, 0, 0);
  const imageData = context.getImageData(0, 0, canvas.width, canvas.height);
  const pixels = imageData.data; //[r,g,b,a,...]
  const grayscaleValues = [];
  for (var i = 0; i < pixels.length; i += 4) {
    const red = pixels[i];
    const green = pixels[i + 1];
    const blue = pixels[i + 2];
    const grayscale = RGBToGrayScale(red, green, blue)
    grayscaleValues.push(grayscale);
  }
  document.getElementById("threshold").value = otsu(grayscaleValues);
}

使用Dynamic Web TWAIN將圖像轉(zhuǎn)換為黑白

Dynamic Web TWAIN是一個(gè)文檔掃描SDK，可以在瀏覽器中掃描文檔。它提供了各種圖像處理方法。我們可以使用其ConvertToBW方法轉(zhuǎn)換圖像為黑白。

使用它的優(yōu)點(diǎn)是，它可以用于批量處理大量圖像，因?yàn)樘幚硎鞘褂帽镜剡M(jìn)程完成的。由于使用了libpng等本地圖像庫(kù)根據(jù)顏色信息輸出文件，輸出文件的尺寸也會(huì)更優(yōu)。

以下是使用它的步驟：

在頁(yè)面中引入Dynamic Web TWAIN。

<script src="https://unpkg.com/dwt@18.4.2/dist/dynamsoft.webtwain.min.js"></script>

初始化一個(gè)Web TWAIN的實(shí)例并使用它來(lái)轉(zhuǎn)換圖像?？梢栽?a target="_blank">此處申請(qǐng)其許可證。

let DWObject;
Dynamsoft.DWT.AutoLoad = false;
Dynamsoft.DWT.ProductKey = "DLS2eyJoYW5kc2hha2VDb2RlIjoiMjAwMDAxLTE2NDk4Mjk3OTI2MzUiLCJvcmdhbml6YXRpb25JRCI6IjIwMDAwMSIsInNlc3Npb25QYXNzd29yZCI6IndTcGR6Vm05WDJrcEQ5YUoifQ=="; //one-day trial
Dynamsoft.DWT.ResourcesPath = "https://unpkg.com/dwt@18.4.2/dist";

async function convertWithDWT(){
  if (!DWObject) {
    await initDWT();
  }
  DWObject.RemoveAllImages();
  let response = await fetch(document.getElementById("imageHidden").src);
  let buffer = await response.arrayBuffer();
  DWObject.LoadImageFromBinary(buffer,
  function(){
    const convert = async () => {
      const thresholdValue = parseInt(document.getElementById("threshold").value);
      await DWObject.RunCommandAsync({command:"convertToBW",parameter:{index:0,threshold:thresholdValue}});
      document.getElementById("image").src = DWObject.GetImageURL(0);
    }
    convert();
  },
  function(errorCode, errorString){
    console.log(errorString);
  })
}

function initDWT(){
  return new Promise((resolve, reject) => {
    const title = document.querySelector("h2").innerText;
    document.querySelector("h2").innerText = "Loading Dynamic Web TWAIN...";
    Dynamsoft.DWT.CreateDWTObjectEx(
    {
      WebTwainId: 'dwtcontrol'
    },
    function(obj) {
      DWObject = obj;
      document.querySelector("h2").innerText = title;
      resolve();
    },
    function(err) {
      console.log(err);
      document.querySelector("h2").innerText = "Failed to load Dynamic Web TWAIN";
      reject(err);
    }
  );
  })
}