小小屏幕也能上演“大片”？讓你的照片在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)“景深效果”

1、摘要

在iOS系統(tǒng)上，用戶設(shè)置系統(tǒng)壁紙，會(huì)發(fā)現(xiàn)有時(shí)候壁紙主體的一小部分出現(xiàn)在鎖屏?xí)r鐘前面，營(yíng)造出了一種有層次感的視覺(jué)風(fēng)格。這種鎖屏效果從iOS 16系統(tǒng)開始提供，用戶可以選擇一張普通圖片設(shè)置為背景，圖片中的部分內(nèi)容可以在適當(dāng)?shù)牡胤秸跀r住部分桌面組件。iOS將這種鎖屏效果稱為Depth Effect，即景深效果。

2、什么是景深效果

景深效果是攝影中的一個(gè)重要概念，它指的是當(dāng)相機(jī)鏡頭對(duì)準(zhǔn)某一點(diǎn)聚焦清晰時(shí)，在焦點(diǎn)前后一定范圍內(nèi)的景物都能夠形成清晰圖像的效果。景深效果決定了照片中哪些部分是清晰的，哪些部分是模糊的，對(duì)于提升照片的視覺(jué)沖擊力和藝術(shù)表現(xiàn)力具有重要作用。

景深效果在攝影中有著廣泛的應(yīng)用。例如，在人像攝影中，攝影師常常利用大光圈和長(zhǎng)焦鏡頭來(lái)創(chuàng)造淺景深效果，使背景模糊化，從而突出被攝者的面部表情和細(xì)節(jié)。而在風(fēng)景攝影中，則更傾向于使用小光圈和廣角鏡頭來(lái)拍攝深景深的效果，使整個(gè)場(chǎng)景都清晰可見。

圖1 景深效果圖

3、實(shí)現(xiàn)景深效果方式

實(shí)現(xiàn)景深效果的處理方式有多種，主要可以分為以下三類：相機(jī)模擬、渲染技術(shù)和后期處理，如下圖所示。

圖2 景深效果實(shí)現(xiàn)方式

3.1 相機(jī)模擬

在攝影中，相機(jī)模擬是實(shí)現(xiàn)景深效果最直接的方式。通過(guò)調(diào)整相機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，可以模擬出不同景深效果的照片。

①光圈控制：光圈是影響景深的關(guān)鍵因素。光圈越大（光圈數(shù)值越小，如f/2.8），景深越淺，背景虛化效果越明顯。光圈越?。ü馊?shù)值越大，如f/16），景深越深，畫面中的元素都相對(duì)清晰。

②焦距調(diào)整：使用長(zhǎng)焦鏡頭拍攝時(shí)，景深相對(duì)較淺，背景虛化效果顯著。而短焦鏡頭則會(huì)使景深變深，畫面更清晰。

③拍攝距離：拍攝距離越近，景深越淺，背景虛化越明顯。相反，拍攝距離越遠(yuǎn)，景深越深。

3.2 渲染技術(shù)

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和游戲引擎中，渲染技術(shù)是實(shí)現(xiàn)景深效果的重要手段。通過(guò)算法模擬和計(jì)算，可以實(shí)時(shí)或離線地生成具有景深效果的圖像。

①深度信息計(jì)算：在渲染過(guò)程中，計(jì)算場(chǎng)景中每個(gè)像素點(diǎn)相對(duì)于焦點(diǎn)的距離（即深度信息）。這通常通過(guò)計(jì)算像素點(diǎn)在視錐體中的Z坐標(biāo)來(lái)完成。

②模糊算法應(yīng)用：使用模糊算法（如高斯模糊、徑向模糊等）對(duì)遠(yuǎn)離焦點(diǎn)的像素點(diǎn)進(jìn)行模糊處理。模糊的程度可以根據(jù)像素點(diǎn)的深度信息來(lái)確定，離焦點(diǎn)越遠(yuǎn)，模糊程度越高。

③景深映射（Depth Map）：景深映射是一種常用的技術(shù)，用于模擬相機(jī)的景深效果。它通過(guò)在渲染過(guò)程中生成一個(gè)深度圖（Depth Map），該圖記錄了場(chǎng)景中每個(gè)像素點(diǎn)到相機(jī)的距離信息。然后，根據(jù)這個(gè)深度圖對(duì)圖像進(jìn)行模糊處理。

3.3 后期處理

后期處理是實(shí)現(xiàn)景深效果的另一種重要方式。通過(guò)專業(yè)的圖像處理軟件對(duì)照片或圖像進(jìn)行編輯和調(diào)整，可以進(jìn)一步優(yōu)化景深效果。

①模糊濾鏡：在后期處理軟件中，可以使用模糊濾鏡對(duì)圖像進(jìn)行模糊處理。通過(guò)調(diào)整濾鏡的參數(shù)（如模糊半徑、模糊強(qiáng)度等），可以控制模糊的程度和范圍。

②色彩和對(duì)比度調(diào)整：通過(guò)調(diào)整圖像的色彩和對(duì)比度，可以進(jìn)一步增強(qiáng)景深效果。例如，增加前景的飽和度和對(duì)比度可以使前景更加突出；而降低背景的飽和度和對(duì)比度則可以使背景更加模糊和柔和。

③圖層和蒙版：在一些復(fù)雜的后期處理中，可能需要使用圖層和蒙版來(lái)精確控制景深效果。通過(guò)創(chuàng)建不同的圖層并應(yīng)用不同的模糊濾鏡和調(diào)整效果，然后使用蒙版來(lái)合成這些圖層，可以實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的景深效果。

4、手機(jī)上景深效果是怎么實(shí)現(xiàn)的

前面介紹了多種實(shí)現(xiàn)景深效果的方式，那么在手機(jī)上是如何實(shí)現(xiàn)照片的景深效果的呢？因?yàn)槭菍?duì)已經(jīng)存在的照片進(jìn)行處理，所以顯而易見是使用后期處理的方式。要在手機(jī)端實(shí)現(xiàn)照片的景深效果處理，主要分兩個(gè)步驟：

①使用AI來(lái)處理圖像，并將其主體前景與背景區(qū)分開來(lái)。

②獲取到圖片的前景部分，與鎖屏組件以及原圖進(jìn)行分層布局，實(shí)現(xiàn)3D視覺(jué)的分層效果。

圖3 手機(jī)端實(shí)現(xiàn)景深效果流程框圖

4.1 使用AI處理圖像

要想實(shí)現(xiàn)分層效果，需要先將原圖進(jìn)行分割，提取出前景和背景區(qū)域（其實(shí)簡(jiǎn)單點(diǎn)，只需要提取出前景也是可以的，后面重組實(shí)現(xiàn)的時(shí)候介紹）。要實(shí)現(xiàn)對(duì)圖片前景和背景提取，這個(gè)時(shí)候就需要借助圖像分割技術(shù)。圖像分割的目的是將圖像中的每個(gè)像素或像素集合分配給特定的類別或?qū)ο?，使得同一類別或?qū)ο髢?nèi)的像素在某種屬性上相似，而不同類別或?qū)ο笾g的像素則在該屬性上有顯著差異。一個(gè)圖像分割的簡(jiǎn)單示意圖，如下所示。

圖4 圖像分割示意圖

4.2 重組實(shí)現(xiàn)景深效果

圖5 分層設(shè)置

當(dāng)我們獲取到圖像的前景圖和背景圖之后，可以將它們和鎖屏展示控件進(jìn)行重新布局，具體布局規(guī)則如下：

①第一層（最底層）放置圖像背景或者原圖

②第二層（中間層）放置信息展示的相關(guān)控件

③第三層（最上層）放置圖像主體，即通過(guò)圖像分割得到的圖像前景部分

基于上述這種分層布局的方式，就可以實(shí)現(xiàn)類3D的景深效果了。

5、在Android上實(shí)踐景深效果

為了驗(yàn)證上述方案，本文在Android端實(shí)踐并實(shí)現(xiàn)一個(gè)將普通圖片實(shí)現(xiàn)景深效果的。具體方案如下：

①基于華為端側(cè)智能深度學(xué)習(xí)框架，實(shí)現(xiàn)圖像分割效果，獲取圖像前景圖。

②采用相對(duì)布局針對(duì)原圖、內(nèi)容控件和前景圖進(jìn)行分層布局，實(shí)現(xiàn)景深效果。

下圖所示，為在Android端實(shí)現(xiàn)Depth Effect的流程。

圖6 Android實(shí)現(xiàn)Depth Effect流程圖

第一步，讀取原圖，進(jìn)行圖像分割?？梢詮哪壳笆忻嫔弦延械膱D像分割庫(kù)選擇一個(gè)進(jìn)行使用，本文采用華為機(jī)器學(xué)習(xí)套件ML Kit。具體接入方式，本文不再贅述，感興趣可以去官網(wǎng)下載Demo查看。本地運(yùn)行模型，通過(guò)對(duì)輸入的圖片進(jìn)行分析處理，獲取原圖和前景圖的bitmap數(shù)據(jù)。

第二步，獲取原圖前景部分，進(jìn)行分層布局。事先在XML布局文件中，通過(guò)相對(duì)布局，設(shè)置前景圖、內(nèi)容控件和原圖的位置。當(dāng)圖像分割成功后，將獲取到的前景圖bitmap數(shù)據(jù)，設(shè)置給對(duì)應(yīng)的ImageView，以此實(shí)現(xiàn)景深效果。如下所示是實(shí)現(xiàn)景深效果的布局樣式：

經(jīng)過(guò)渲染繪制后，最終實(shí)現(xiàn)的效果，如下圖所示。其中上面部分為原圖，下面部分為處理之后實(shí)現(xiàn)的3D分層效果。

圖7 Android端實(shí)現(xiàn)景深效果

6、總結(jié)

景深效果在移動(dòng)系統(tǒng)和應(yīng)用中的使用，讓手機(jī)界面視覺(jué)更加美觀和富有層次感，提升了用戶的使用體驗(yàn)。隨著AI技術(shù)的不斷成熟和端側(cè)計(jì)算能力的持續(xù)提升，端側(cè)AI的應(yīng)用將會(huì)更加智能化、個(gè)性化和多樣化。同時(shí)也期待看到更多創(chuàng)新性的應(yīng)用場(chǎng)景和解決方案不斷涌現(xiàn)，為用戶帶來(lái)更加豐富、精彩的使用體驗(yàn)。

作者：鄭睿

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