详解feColorMatrix

你见过去年年底Spotify分享的一个主题吗？他们通过图像颜色处理，达到一个令人折服的视觉审美效果。

图像处理是一种非常强大的处理机制，在项目中添加一点小技巧，Web浏览器通过Web的过滤器可以动态处理图像色彩，这样将使你的项目能脱颖而出。

CSS vs. SVG

今年早些时候，推出的 CSSgram 库，使用CSS的 filter 和Blend Modes重新创建了 Instagram 过滤器。

现在使用CSS Blend Modes可以做一些修补，但是CSS的 filter 有一个极大的缺陷，其缺乏一个关键特性来对每个通道做处理。虽然CSS的 filter 很方便(其实就是源自于SVG的一种快捷方式)，但无法提供控制RGBA通道。SVG(特别是 feColorMatrix )提供了更强大的力量，直接让CSS的 filter 升了一个层级，能更好的处理图像和得到更多的特殊效果。

SVG filters

在SVG的世界中，filter效果使用 fe- 前缀表示（就是“过滤效果”）。他们可以产生各种各样的色彩效果，也可以产生模糊和3D纹理。虽然 fe- 前缀一词有点松，但这篇文章后面做的总结都是有关于SVG的filter效果的方法。

目前浏览器对SVG filter的支持情况如下所示：

是的，在大多数情况之下，SVG filter都得到较好的支持，除非你还需要兼容IE9或IE9以下的浏览器。相对于CSS的filter和Blend Modes而言，SVG filter的浏览器支持度还是相对稳定的。不过也有一些奇怪的问题，并不像CSS的Blend Modes只在Chrome v46才会有 multiply 、 difference 和 exclusion 问题 。

注意：一些3D过滤效果，比如 feConvolveMatrix ，在某些浏览器中有已知的缺陷。尽管本文主要关注是 feColorMatrix ，但也无法做到。同时记住，在任何浏览器中性能将不可避免地遭到微小的影响。

filters的使用

SVG filters的使用基本上类似这样：

<svg>    <filter id="filterName">      // filter definition here can include      // multiple of the above items    </filter>  </svg>

在SVG中，你可以声明一个filter。在大多数情况之下，可以使用SVG的 defs 来声明你想要的filter，然后可以在CSS这样使用声明的filter：

.filter-me {    filter: url('#filterName');  }

filter的 URL 是相对的，所以 filter: url('../img/filter.svg#filterName') 和 filter: url('http://una.im/filters.svg#filterName') 都是有效的。

feColorMatrix

当谈到颜色的处理， feColorMatrix 是你最好的选择。 feColorMatrix 是过滤中的一种类型，使用矩阵来影响颜色的每个通道(基于RGBA),你可以将其想象成Photoshop中通道编辑一样。

feColorMatrix 看起来像这样（原始图像RGBA的值默认为 1 ）。

<filter id="linear">      <feColorMatrix        type="matrix"        values="R 0 0 0 0                0 G 0 0 0                0 0 B 0 0                0 0 0 A 0 "/>      </feColorMatrix>   </filter>

矩阵计算RGBA自已每行的最终值，每个RGBA通道有自身的RGBA通道。最后一个值是一个乘数。最后RGBA的值从上向下读，像下面这个列表：

/* R G B A 1 */  1 0 0 0 0 // R = 1*R + 0*G + 0*B + 0*A + 0  0 1 0 0 0 // G = 0*R + 1*G + 0*B + 0*A + 0  0 0 1 0 0 // B = 0*R + 0*G + 1*B + 0*A + 0  0 0 0 1 0 // A = 0*R + 0*G + 0*B + 1*A + 0

下图更形象：

RGB值

着色

你可以遗漏或混合颜色通道给图像着色，像下面这样：

<!-- lacking the B & G channels (only R at 1) -->  <filter id="red">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>    <!-- lacking the R & G channels (only B at 1) -->  <filter id="blue">   <feColorMatrix      type="matrix"      values="0   0   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   1   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>    <!-- lacking the R & B channels (only G at 1) -->  <filter id="green">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="0   0   0   0   0              0   1   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

这就是将 green 过滤器添加到图像上，其结果看起来像这样：

混合通道

你也可以通过混合RGB通道得到固定的颜色，并且给图像着色：

<!-- lacking the B channel (mix of R & G)  Red + Green = Yellow  This is saying there is no yellow channel  -->  <filter id="yellow">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   1   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>    <!-- lacking the G channels (mix of R & B)  Red + Blue = Magenta  -->  <filter id="magenta">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   1   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>    <!-- lacking the R channel (mix of G & B)  Green + Blue = Cyan  -->  <filter id="cyan">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="0   0   0   0   0              0   1   0   0   0              0   0   1   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

上面的示例，是在CMYK模式下混合颜色，删除 red 通道将意味着 green 和 blue 依然存在。当 green 和 blue 混合将创建 cyan ， red 和 blue 混合将创建 magenta 。

@Justin McDowell 曾经写过 一篇文章阐述HSL (hue, saturation, lightness)颜色。我们也需要记住，在SVG中亮度的值是指光度。在这里，每个通道都会保留一个亮度的级别，比如我们看到的图像，就保留了一个洋红色：

为什么在云上和亮度的地方会变成洋红色？看看下面的RGB颜色图：

当一个颜色值失踪后会使用其他两个值取而代之。比如，没有 green 颜色通道就会没有 white 、 cyan 或 yellow 。其实他们并没有消失，只不过他们的亮度值（或 alpha ）尚未触及。让我们看看操作这些 alpha 值会发生什么？

ALPHA值

我们可以通过 alpha （第四列）来突出阴影和亮度。第四行受 alpha 通道影响，而第四列将影响每个通道的亮度值，如：

<!-- Acts like an opacity filter at .5 -->  <filter id="alpha">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   1   0   0   0              0   0   1   0   0              0   0   0   .5  0 "/>  </filter>    <!-- increases green opacity to be       on the same level as overall opacity -->  <filter id="hard-green">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   1   0   1   0              0   0   1   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>    <filter id="hard-yellow">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   1   0              0   1   0   1   0              0   0   1   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

在接下来的示例中，红色的矩阵基础上给 blue 的通道添加了 100% 的 alpha 。我们还保留 red 值，覆盖任何 red 的痕迹，会变成 blue ，而红色的亮度值中 blue 和 red 混合将成为 magenta 。

<filter id="blue-shadow-magenta-highlight">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   1   1   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

如果最后一个值小于 0 (变成 -1 )，就会得到相反效果。 blue 的痕迹就会变成 red 。下面就是取值为 -1 的效果：

<filter id="red-overlay">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   1  -1   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>    <filter id="identical-red-overlay">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

把 -1 换成 .5 ，混合后颜色效果如下：

<filter id="blue-magenta-2">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   1  .5   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

Blowing out channels

我们也可以通过第四行的个人通道影响整个 alpha 通道。示例中有一个蓝色的天空，可以将蓝色的天空变成白色，如下：

<filter id="elim-blue">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   1   0   0   0              0   0   1   0   0              0   0   -2   1   0 "/>  </filter>

下面演示几个混合通道的示例：

<!-- No G channel, Red is at 100% on the G Channel, so the G channel looks Red (luminosity of G channel lost) -->  <filter id="no-g-red">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   1   0   0   0              0   0   0   0   0              0   0   1   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>    <!-- No G channel, Red and Green is at 100% on the G Channel, so the G Channel looks Magenta (luminosity of G channel lost) -->  <filter id="no-g-magenta">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   1   0   0   0              0   0   0   0   0              0   1   1   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>    <!-- G channel being shared by red and blue values. This is a colorized magenta effect (luminosity maintained) -->  <filter id="yes-g-colorized-magenta">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   1   0   0   0              0   1   0   0   0              0   1   1   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

Lighten 和 darken

您可以通过将RGB值每个通道的值设置成小于 1 创建一个 darken 效果，反之，将每个通道值设置成大于 1 可以创建一个 lighten 效果。下图能清晰的阐述这一切：

矩阵效果如下：

<filter id="darken">    <feColorMatrix      type="matrix"      values=".5   0   0   0   0               0  .5   0   0   0               0   0  .5   0   0               0   0   0   1   0 "/>  </filter>

<filter id="lighten">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1.5   0   0   0   0              0   1.5   0   0   0              0   0   1.5   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

GRAYSCALE

你可以在一列中设置shade的像素值创建出灰度效果。运用的通道位置不一样，可以得到不同的灰度值。比如下面几个示例：

<filter id="gray-on-light">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              1   0   0   0   0              1   0   0   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

<filter id="gray-on-mid">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="0   1   0   0   0              0   1   0   0   0              0   1   0   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

<filter id="gray-on-dark">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="0   0   1   0   0              0   0   1   0   0              0   0   1   0   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

组合在一起

feColorMatrix 真正力量是能够混合多个通道，并且将这些概念运用到图像上产生一个新的图像效果。

<filter id="peachy">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0  .5   0   0   0              0   0   0  .5   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

在 red 的通道上采用 1 ， green 通道上采用 0.5 ，而 blue 通道不在正常的位置上，而 alpha 设置为 0.5 。看到的效果是深蓝色的痕迹(shadows),突出的红色和一半亮度绿色的混合的中间色调。如果 red + green = blue 的话，那么 red + (green / 2) 能得到更多的 coral 色：

这是另一个示例：

<filter id="lime">    <feColorMatrix      type="matrix"      values="1   0   0   0   0              0   2   0   0   0              0   0   0  .5   0              0   0   0   1   0 "/>  </filter>

有这么多值得探索的值。 Rachel Nabors 的 Dev Tools Challenger 就是一个很好的示例。( 注： 需要使用Firefox浏览器打开)。

酷!科学！颜色过滤器!现在，你对这方面知识有一定的了解。你现在所需要的是需要自己的工具来创建你自己的效果。

如果你想了解更多的细节，建议你阅读 Amelia Bellamy-Royds 写的 一篇文章 ，文章阐述了 feColorMatrix 更多的细节。 Sara Soueidan 也写了 一篇文章 ,在SVG中使用CSS的blend modes模式创建图像效果。

filter效果的参考

如查你理解了 feColorMatrix 是什么，你就可以在此基础上创建一个工具来生成过滤器效果。下面提供一些 fe- 相关的选项，希望对你有所帮助，并且能做进一步的探索。

• feBlend :类似于 CSS blend modes ，描述了图像通过混合模式进行交互
• feComponentTransfer : 改变个人对RGBA通道的总称（如 feFuncG ）
• feComposite :一个原始的过滤器， 定义像素图像交互方式
• feConvolveMatrix ：这个过滤器规定像素与他近邻将关闭交互（如：模糊、锐化）
• feDiffuseLighting ：定义了一个光源
• feDisplacementMap : 使用另一个输入值( in2 )取代一个图像的像素值( in )
• feFlood : 完成过滤器的填充区域指定的颜色和 alpha 等级
• feGaussianBlur :输入的模糊值和标准值的偏差
• feImage ：使用其他的过滤器(像 feBlend 或 feComposite )
• feMerge ： 允许异步过滤效果应用，而不是分层
• feMorphology : 削弱或扩张源图像
• feOffset ：用来创建阴影
• feSpecularLighting : 通过 alpha 创建凹凸贴图，又将其称之为" 镜面 "( Phong Reflection Model )
• feTile : 指图像如何重复填补空间
• feTurbulence : 允许创建纹理

扩展阅读

• MDN Docs on feColorMatrix
• w3c Filter Docs
• Smarter SVG Filters
• feColorMatrix Overview on Web Platform
• SVG 研究之路 (11) - filter:feColorMatrix