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文档扫描与图像处理

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如何使用JavaScript灰度化图像
2024年1月25日

灰度图像完全由灰色像素组成。它们通常以每个采样像素8位的方式存储，可以记录256级灰度。

将图像转换为灰度有多种用途：

  • 减少文件大小：与24位彩色图像相比，8位灰度图像所需的存储数据通常更少。
  • 图像处理：许多图像处理算法需要先将图像转换为灰度。
  • 美学：单色灰度图像能唤起一种特殊的感觉，这是彩色图像所不能给予的。

转换为灰度的示例图像：

灰度转换

在本文中，我们将讨论使用JavaScript转换图像为灰度的三种方法。

在线demo

编写一个HTML5页面以转换图像为灰度

使用以下模板创建一个新的HTML5页面，然后让我们为其添加图像颜色转换功能。

<!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 Grayscale</title>
  <style>
  </style>
</head>
<body>
  <div class="home">
    <h2>Convert an Image to Grayscale</h2>
    <button id="convertButton">Convert</button>
  </div>
  <script>
  </script>
</body>
</html>

加载图片

添加用于选择文件的input元素，并使用按钮触发它。图片将被加载到两个img元素中，一个用于显示转换的结果，另一个用于存储原始图像。

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CSS以灰度显示图像

我们可以使用CSS属性filter以灰度显示HTML元素：

document.getElementById("image").style.filter = "grayscale(1)";

它可以使任何HTML元素变为灰色，但如果我们需要将图像保存为灰度图，则不能使用此方法。

使用Canvas将图像转换为灰度

HTML5提供了一个canvas标签，我们可以用它操作图像数据。与只改变视觉效果的CSS不同，我们可以使用它来实际获得转换成灰度的图像。

  1. 向页面添加一个隐藏的canvas元素。

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

  2. 添加一个select元素以选择要使用的转换方法。

    <label>
  Method:
  <select id="methodSelect">
    <option>CSS</option>
    <option>Canvas</option>
  </select>
</label>

  3. 当所选方法为 “Canvas”时，使用canvas将图像转换为灰度图像。

    let method = document.getElementById("methodSelect").selectedIndex;
if (method == 0) {
  convertWithCSS();
}else if (method == 1){
  document.getElementById("image").style.filter = "";
  convertWithCanvas();
}

具体的转换步骤：

  1. 将canvas的大小设置为图像的大小。

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

  2. 获取canvas的context以执行操作。

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

  3. 将图像绘制到canvas上。

    context.drawImage(image, 0, 0);

  4. 获取图像的ImageData：

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

    ImageData以RGBA顺序将像素值存储在Uint8ClampedArray中，取值范围是0到255。像素从左上角到右下角逐行排列。

  5. 创建一个函数以根据RGB值计算灰度值。

    //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;
}

    计算灰度值的方法有很多。这里，我们使用Rec. 709亮度系数进行转换。使用基于整数的乘法计算和移位优化了计算速度。

  6. 遍历所有像素，将RGB值设置为我们计算出的灰度值。

    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)
  pixels[i] = grayscale;
  pixels[i + 1] = grayscale;
  pixels[i + 2] = grayscale;
}

  7. 放回ImageData。

    context.putImageData(imageData, 0, 0);

  8. 显示转换后的图像。

    image.src = canvas.toDataURL();

使用Dynamic Web TWAIN将图像转换为灰度

Dynamic Web TWAIN是一个文档扫描SDK，可以在浏览器中扫描文档。它提供了各种图像处理方法。我们可以使用其ConvertToGrayScale方法转换图像。

使用它的优点是，它可以用于批量处理大量图像，因为处理是使用本地进程完成的。由于使用了libpng等本地图像库根据颜色信息输出文件，输出文件的尺寸也会更优。

以下是使用它的步骤：

  1. 在页面中引入Dynamic Web TWAIN。

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

  2. 初始化一个Web TWAIN的实例并使用它来转换图像。可以在此处申请其许可证。

    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(){
    DWObject.ConvertToGrayScale(0,
    function(){
      document.getElementById("image").src = DWObject.GetImageURL(0);
    },
    function(errorCode, errorString){
      console.log(errorString);
    });
  },
  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);
    }
  );
  })
}

源代码

可以在以下仓库中找到所有代码和在线演示：

https://github.com/tony-xlh/Color-Conversion-JavaScript

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