JavaScript如何实现图片处理与合成

引言：

图片处理现在已经成为了我们生活中的刚需，想必大家也经常有这方面的需求。实际前端业务中，也经常会有很多的项目需要用到

图片加工和处理。

首先，我这里将前端图片处理暂且分成两种类型：基础类型 与 算法类型；

• 基础类型的图片处理技术: 图片缩放，旋转，添加边框，图片合成，拼图等业务都属于基础类型的图片处理，其区分点在于无需使用像素级别的算法，而是通过计算改变图片的尺寸及位置等来改造图片。例如常用的贴纸功能:
  
• 算法类型的图片处理: 这类型的图片处理复杂度较高，特点是通过像素级别算法对图片的像素点进行RGBA通道值等进行改造，例如我们使用photshop或者美图秀秀等工具对图片进行的 美颜 / 滤镜 / 黑白 / 抠图 / 模糊等操作，这类型的重点主要在于算法和性能层面。例如常用的妆容功能:
  

通过这些积累，我封装了几个项目中常用的功能：

• 图片合成: Example Git
• 图片裁剪: Example Git
• 人像抠除: Example Git

本系列首先从基础类型处理开启我们的旅程。基础类型的图片处理在实际项目中有着大量的使用场景，主要是运用canvas的能力来完成，不存在性能和兼容性问题，能够达到线上运行标准。我这里将基础类型的图片处理大致的分成以下几种类型，这些类型基本能覆盖日常所有业务场景：

• 图片的缩放；
• 图片的裁剪；
• 图片的合成；
  • 图片与图片的合成，例如贴纸，边框，水印等；
  • 为图片添加文字；
  • 为图片添加基础几何图形；
    

Tips: 我已将该类型的图片处理场景封装成了一个插件，基本上能应付所有这类型图片处理的需求，GIT地址 (欢迎探讨);
在介绍具体的功能前，由于图片的绘制完全的依赖于图片的加载，因此先来了解一些前置知识。

1、图片的跨域

首先，图片加载并绘制涉及了图片的跨域问题，因此如果是一张在线的图片，需要在图片服务器上设置跨域头，并且在前端加载图片之前将<img>标签的crossOrigin设置为*，否则绘制到画布的时候会报跨域的错误。

Tips: 这里积累了一些小坑，可以跟大家分享下：

1、crossOrigin需要严格设置，既只有是线上图片时，才设置，而本地路径或者base64时，则一定不能设置，否则在某些系统下会报错，导致图片加载失败；

2、当项目为本地包环境时，例如内置于 App中时，crossOrigin值无效，webview的安全机制会导致无论该值设置与否，都会报跨域的错误。解决办法是：需要将所有图片转换成base64才能正确绘制；

3、crossOrigin值一定要在图片加载之前设置，即为<img>赋值src之前进行设置，否则无效；

2、图片的加载

由于canvas的绘制需要的是已经加载完成的图片，我们需要确保绘制的素材图片是已经加载完成的，因此我们需要使用<img>的onload事件，可以使用html中已存在的图片，或者用js创建一个图片对象:

function loadImage(image, loader, error){
  // 创建 image 对象加载图片；
  let img = new Image();
  
  // 当为线上图片时，需要设置 crossOrigin 属性；
  if(image.indexOf('http') == 0)img.crossOrigin = '*';
  img.onload = () => {
    loaded(img);
    
    // 使用完后清空该对象，释放内存；
    setTimeout(()=>{
      img = null;
    },1000);
  };
  img.onerror = () => {
    error('img load error');
  };
  img.src = image;
}

介绍图片加载的前置知识后，我们先来看最简单的图片处理---缩放与裁剪！

Tips: 相信大家阅读本文时，如果对canvas不太了解，可以查询下对应的API文档即可，本文不再对canvas基础API做详细讲解。

一、图片的缩放

图片的缩放最常见的场景是做图片的压缩。在保证图片清晰的前提下通过合理地缩小图片尺寸，能大大的降低图片的大小。在实际应用场景中，有着广泛的用途。例如图片上传时，用户自主上传的图片可能是一张非常大的尺寸，例如现在手机所拍摄的照片尺寸经常能达到1920*2560的尺寸,大小可能超过5M。而在项目中，我们可能并不需要用到这么大的尺寸，此时对图片的压缩能大大的优化加载速度和节省带宽；

1、新建一个canvas画布，将宽高设置为需要压缩到的尺寸;

该画布既为图片缩放后的尺寸，此处有个点是需要保证图片的比例不变, 因此需要通过计算得出画布的宽与高：

let imgRatio = img.naturalWidth / img.naturalHeight;

// 创建一个画布容器；
let cvs = document.createElement('canvas');

// 获取容器中的画板；
let ctx = cvs.getContext('2d');
cvs.width = 1000;
cvs.height = cvs.width / imgRatio;

2、将图片画入后再导出成base64;

这里使用2个最常用的方法:

• ctx.drawImage(image, dx, dy, dw, dh): 这个方法其实最多可以接收9个参数, 实现压缩，只需要使用其中的5个参数即可, 其余参数在其它部分使用到时再做详解；
  • image : 需要绘制的图片源，需要接收已经 加载完成 的HTMLImageElement，HTMLCanvasElement或者HTMLVideoElement；
  • dx / dy : 相对于画布左上角的绘制起始点坐标；
  • dw / dh : 绘制的宽度和高度，宽高比例并不锁定，可使图片变形；
• cvs.toDataURL(type, quality): 该方法用于将画布上的内容导出成 base64 格式的图片，可配置2个参数；
  • type: 图片格式, 一般可以使用 image/png 或者 image/jpeg, 当图片不包含透明时，建议使用jpeg，可使导出的图片大小减小很多；
  • quality: 图片质量，可使用0~1之间的任意值；经过测试，该值设置成0.9时较为合适，可以有效减小图片文件大小且基本不影响图片清晰度，导出后的 base64 既为压缩后的图片；
    

Tips: 此处有个坑, 想导出jpg格式的图片必须用image/jpeg，不能使用image/jpg；

// 将原图等比例绘制到缩放后的画布上；
ctx.drawImage(image, 0, 0, cvs.width, cvs.height);

// 将绘制后的图导出成 base64 的格式；
let b64 = cvs.toDataURL('image/jpeg', 0.9);

3.多种格式的图片转换成base64;

我们常用的图片上传功能，我们使用的是原生的<input type="file">标签，此时获取到的是File格式的图片，图片的格式各异且尺寸很大，我们应该压缩处理后再使用。

使用FileReader:

let file = e.files[0];  
if(window.FileReader) {    
  let fr = new FileReader();   
  fr.onloadend = e => {
    let b64 = e.target.result;
    
    // b64即为base64格式的用户上传图;
  };    
  fr.readAsDataURL(file);
}

对base64的图片使用刚才的canvas方式进行压缩的处理；

Tips: 这里有个小坑是，图片的EXIF信息中的方向值会影响图片的展示，在IOS会出现图片的宽高与图片的方向不匹配的问题，因此需要进行特殊处理，矫正图片的方向。方案:

1、可以使用 exif.js 来获取图片信息中的Orientation属性，利用canvas的旋转绘制来矫正；

2、这里有个 canvasResize.js 插件，可以解决从 File 到 base64 的所有问题。

二、图片的裁剪

在实际项目中，由于图片的宽高比例各式各样，而展示和使用一般需要一个较为固定的比例，此时便需要将图片裁剪成我们需要的宽高比例，使用到的方式其实和图片的缩放基本一致，主要是通过调整 drawImage 的dx, dy参数来实现。原理其实是，将drawImage的绘制起始点(dx, dy)向上偏移，此时由于canvas已被我们设置成期望裁剪后的尺寸，而超出画布的部分不会绘制，从而达到裁剪的目的；通过灵活的设置值，基本可以完成各种图片裁剪需求，简单示例图(黑色框代表创建的画布的尺寸):

此处以需要将一张600*800的长方形图竖直居中裁剪为600*600的正方形图为例, 简单封装成一个功能函数:

// 使用方式：
let b64 = cropImage(img, {
  width : 600,
  height : 600,
});

// 居中裁剪
function cropImage(img, ops){
  // 图片原始尺寸；
  let imgOriginWidth = img.naturalWidth,
    imgOriginHeight = img.naturalHeight;
    
  // 图片长宽比，保证图片不变形；
  let imgRatio = imgOriginWidth / imgOriginHeight;
  
  // 图片裁剪后的宽高， 默认值为原图宽高；
  let imgCropedWidth = ops.width || imgOriginWidth,
    imgCropedHeight = ops.height || imgOriginHeight;
    
  // 计算得出起始坐标点的偏移量, 由于是居中裁剪，因此等于 前后差值 / 2；
  let dx = (imgCropedWidth - imgOriginWidth) / 2,
    dy = (imgCropedHeight - imgOriginHeight) / 2;

  // 创建画布，并将画布设置为裁剪后的宽高；
  let cvs = document.createElement('canvas');
  let ctx = cvs.getContext('2d');
  cvs.width = imgCropedWidth;
  cvs.height = imgCropedHeight;
  
  // 绘制并导出图片；
  ctx.drawImage(img, dx, dy, imgCropedWidth, imgCropedWidth / imgRatio);
  return cvs.toDataURL('image/jpeg', 0.9);
}

三、图片的旋转

图片的旋转的原理同样也是将图片绘制到画布上进行旋转后再导出。其实使用到的是canvas的rotate方法；

let cvs = document.createElement('canvas');
let ctx = cvs.getContext('2d');

// 将参照点移动到画板的中心点；
ctx.translate(ctx.width/2, ctx.height/2);
// 旋转画板；
ctx.rotate = 90;
// 绘制图片；
ctx.drawImage(img);
// 导出得到旋转后的图片；
cvs.toDataURL();

这里有个比较特别的部分，就是这里旋转的是画布的画板部分，并不是整个画布容器，而画布容器外面不会被绘制，因此这里就会出现一个图像四个角被裁剪掉的问题:

解决的方式就是:

将画布容器放大，变成:

上面这个例子中，由于图片是正方形，因此将容器的宽高放大1.5倍便可保证图片不会被裁剪，而现实中的图片由于宽高比例不定，因此这个放大系数是一个动态的值:

Tips: 由于我们将画板基点移动到画布中心了，因此在绘制的时候，要相对于基点调整 dx 与 dy;

// 创建画布，获取画板；
...

// 放大系数为
let iw = img.width, ih = img.height;
let ir = iw > ih ? iw / ih : ih / iw;

cvs.width = iw * ir * 1.5;
cvs.height = ih * ir * 1.5;
// 将参照点移动到画板的中心点；
ctx.translate(cvs.width/2, cvs.height/2);
// 旋转画板；
ctx.rotate = 90;

// 绘制图片；
ctx.drawImage(img, -cvs.width/2, -cvs.height/2);

// 导出图片；
...

总结

本文主要介绍了一些前端图片处理的前置知识:

图片处理技术分类；

• 基础类型图片处理技术；
• 算法类型图片处理技术；
• 图片的跨域；
• 图片的加载；

还有讲解了属于基础类型图片处理中最简单的两类:

• 图片的缩放；
• 图片的裁剪；
• 图片的旋转；