如何在不预乘 alpha 的情况下获得真实的 RGBA 或 ARGB 颜色值？

Question

我正在使用带有 kCGImageAlphaPremultipliedFirst 选项的 CGBitmapContextCreate 创建位图上下文。

我制作了一个 5 x 5 的测试图像，其中包含一些主要颜色（纯红色、绿色、蓝色、白色、黑色）、一些混合颜色（即紫色）以及一些 alpha 变化。每次当alpha分量不是255时，颜色值都是错误的。

我发现当我执行以下操作时可以重新计算颜色：

almostCorrectRed = wrongRed * (255 / alphaValue);
almostCorrectGreen = wrongGreen * (255 / alphaValue);
almostCorrectBlue = wrongBlue * (255 / alphaValue);

但问题是，我的计算有时会偏离 3 甚至更多。例如，我得到的绿色值为 242，而不是 245，并且我 100% 确定它一定是 245。Alpha 为 128。

然后，对于完全相同的颜色，只是在 PNG 位图中具有不同的 alpha 不透明度，我得到 alpha = 255 和 green = 245，因为它应该是。

如果 alpha 为 0，则红色、绿色和蓝色也为 0。这里所有数据都丢失了，我无法弄清楚像素的颜色。

如何完全避免或撤消这种 alpha 预乘，以便我可以根据在 Photoshop 中创建图像时的真实 RGB 像素值来修改图像中的像素？如何恢复 R、G、B 和 A 的原始值？

---

背景信息（对于这个问题可能不是必需的）：

我正在做的是这样的：我获取一个 UIImage，将其绘制到位图上下文中，以便对其执行一些简单的图像处理算法，改变每个图像的颜色像素取决于它之前的颜色。没什么特别的。但我的代码需要真实的颜色。当像素是透明的（意味着它的 alpha 小于 255）时，我的算法不应该关心这个，它应该只根据需要修改 R、G、B，而 Alpha 保持不变。有时它也会向上或向下移动阿尔法。但我将它们视为两个不同的事物。 Alpha 控制透明度，而 RGB 控制颜色。

Answer 1

这是整数类型预乘法的一个基本问题：

• 245 * (128/255) = 122.98
• 122.98 截断为整数 = 122
• 122 * (255/128) = 243.046875

我不确定为什么你得到的是 242 而不是 243，但是无论哪种方式这个问题仍然存在，并且它变得alpha 值越低，情况就越糟。

解决方案是使用 浮动-点组件 代替。 Quartz 2D 编程指南给出了 您需要使用的格式的完整详细信息。

重要的一点：您需要在创建原始图像时使用浮点（我认为甚至不可能将这样的图像保存为 PNG；您可能必须使用 TIFF）。已经以整数类型预乘的图像已经失去了精度；没有办法收回来了。

零 alpha 情况是这种情况的极端版本​​，甚至浮点也无法帮助您。任何乘以零 (alpha) 的值都为零，并且无法从该点恢复原始未预乘的值。

Answer 2

将 alpha 与整数颜色类型预乘是一种信息有损操作。数据在量化过程中被破坏（四舍五入到 8 位）。

由于某些数据被破坏（通过舍入），因此无法恢复确切的原始像素颜色（除了一些幸运值）。在将 Photoshop 图像绘制到位图上下文之前，您必须保存它的颜色，并使用原始颜色数据，而不是位图中相乘的颜色数据。

Answer 3

当我尝试读取图像数据，使用 CoreGraphics 将其渲染到另一个图像，然后将结果保存为非预乘数据时，我遇到了同样的问题。我发现对我有用的解决方案是保存一个表，其中包含 CoreGraphics 用于将非预乘数据映射到预乘数据的精确映射。然后，通过 mult 和 Floor() 调用来估计原始预乘值。然后，如果估计值与表查找的结果不匹配，只需检查表中低于估计值的值和高于估计值的值是否完全匹配。

// Execute premultiply logic on RGBA components split into componenets.
// For example, a pixel RGB (128, 0, 0) with A = 128
// would return (255, 0, 0) with A = 128

static
inline
uint32_t premultiply_bgra_inline(uint32_t red, uint32_t green, uint32_t blue, uint32_t alpha)
{
  const uint8_t* const restrict alphaTable = &extern_alphaTablesPtr[alpha * PREMULT_TABLEMAX];
  uint32_t result = (alpha << 24) | (alphaTable[red] << 16) | (alphaTable[green] << 8) | alphaTable[blue];
  return result;
}

static inline
int unpremultiply(const uint32_t premultRGBComponent, const float alphaMult, const uint32_t alpha)
{
  float multVal = premultRGBComponent * alphaMult;
  float floorVal = floor(multVal);
  uint32_t unpremultRGBComponent = (uint32_t)floorVal;
  assert(unpremultRGBComponent >= 0);
  if (unpremultRGBComponent > 255) {
    unpremultRGBComponent = 255;
  }

  // Pass the unpremultiplied estimated value through the
  // premultiply table again to verify that the result
  // maps back to the same rgb component value that was
  // passed in. It is possible that the result of the
  // multiplication is smaller or larger than the
  // original value, so this will either add or remove
  // one int value to the result rgb component to account
  // for the error possibility.

  uint32_t premultPixel = premultiply_bgra_inline(unpremultRGBComponent, 0, 0, alpha);

  uint32_t premultActualRGBComponent = (premultPixel >> 16) & 0xFF;

  if (premultRGBComponent != premultActualRGBComponent) {
    if ((premultActualRGBComponent < premultRGBComponent) && (unpremultRGBComponent < 255)) {
      unpremultRGBComponent += 1;
    } else if ((premultActualRGBComponent > premultRGBComponent) && (unpremultRGBComponent > 0)) {
      unpremultRGBComponent -= 1;
    } else {
      // This should never happen
      assert(0);
    }
  }

  return unpremultRGBComponent;
}

您可以在此github 链接找到完整的静态值表。

请注意，当原始未预乘像素被预乘时，此方法将无法恢复“丢失”的信息。但是，它确实返回最小的未预乘像素，一旦再次运行预乘逻辑，该像素将成为预乘像素。当图形子系统仅接受预乘像素时（如 OSX 上的 CoreGraphics），这非常有用。如果图形子系统只接受预乘像素，那么最好只存储预乘像素，因为与未预乘像素相比，消耗的空间更少。