为了给女朋友独特的七夕惊喜，我学会了人像美肤算法！

在人像美颜中，美肤是一个非常重要的组成部分，健康的肤色，可以凸显一个人整体的气质。搞定一套人像美肤算法，从根源解决你不会P图的烦恼，从此的你指哪磨哪，让女票对你刮目相看！你看，夺好

人像美肤的简单定义就是对人像中的皮肤区域进行调色，它的一般流程如下图所示。

人像美肤流程示意图

在上图中，上半部分跟通用磨皮流程一致，都需要计算得出皮肤区域或者肤色概率图MASK，可见 MASK 对于美颜是至关重要的。在美肤中，我们先对全图进行美肤调色或者美白调色，然后结合 MASK 和原图做混合，即可得到美肤效果图。

本文介绍的人像美肤算法包括两个部分：

• 皮肤美白算法

• 皮肤调色算法

皮肤美白算法实际上也是一种特殊的皮肤调色，这里之所以单独讲解，是因为在美颜算法开发中，可以没有皮肤调色，但是不能没有皮肤美白。而对于美白算法，又可以有多种方式实现，这一点与皮肤调色不同。

本文选自《图像视频滤镜与人像美颜美妆算法详解》一书，读完本文，你将学会在磨皮的基础上进行肤色调节，进一步改善磨皮效果。

皮肤美白算法

在市面上流行的人像美颜 App 中，一般有两种皮肤美白方式，一种是不考虑皮肤区域，全图美白，另一种是结合皮肤区域的局部美白。个人认为，第二种比较科学严谨，在效果上也比较自然，而第一种实际上就是一种简化，没有太大意义。

皮肤美白算法有多种，归纳起来有两大类：LUT 调色法和图层混合法。

▊ LUT调色法

该方法是指通过类似 PS 等软件中调节亮度/对比度、曲线、色彩平衡等方式，或者通过某种亮度调节曲线的方式，来生成对应的 LUT，以 LUT 滤镜方式实现皮肤美白。它的优点是使用颜色滤镜 LUT，速度快，便于实时处理。

这里以曲线调节为例，给出一组 PS 曲线调节参数以及对应效果，如下图所示。

PS 中的曲线调节

在上图中，我们通过曲线调节的方式，将原图(a)进行了皮肤提亮，得到了对应的效果图(c)。下面我们使用这组参数生成一张经典的 LUT，如下图所示。

皮肤美白 LUT

上面的 LUT 是针对全图的调色，我们根据图中所述的流程，结合肤色概率检测，得到最后的美白效果以及磨皮美白效果如下图所示

从图中可以看出，与原图相比，效果图中人像的皮肤更加光滑，肤色更加白皙通透，这就是磨皮美白的效果。

上述是一种使用 PS 工具的 LUT 调色美白方法。在实际使用中，不单单局限于 PS，可以使用任何图像编辑软件来调节皮肤颜色，直到满意为止，最后生成经典 LUT 即可。

LUT 调色美白效果图

除此之外，还可以通过算法来生成这样的曲线 LUT，比如亮度/对比度增强曲线：

其中，w(x, y) 是原图像素 (x, y) 的亮度，v(x, y) 是增强之后的亮度， β 是调节系数，值越大，增强程度越强。

我们使用上述亮度/对比度增强曲线来测试磨皮美白效果，如下图所示，对比原图，效果图中人物皮肤区域光滑白皙，美颜效果跃然纸上。

曲线美白效果图

▊ 图层混合法

所谓图层混合法美白，是指通过使用 PS 中的图层混合模式，来达到美白效果的方法。该方法比较简单，是使用 PS 修图时常用的一种人像美白方法。该算法的思想是：将原图中的皮肤区域的像素与纯白色像素进行“柔光”图层混合，然后调节不透明度，以达到皮肤美白的目的。

PS 中“柔光”图层混合算法的计算公式如下：

我们使用图层混合法对测试图进行皮肤美白，效果如下图所示。

图层混合法美白效果图

本节讲述了几种皮肤美白的方法，效果上大同小异。在实际应用中，美白的算法千变万化，从传统图像算法到人工智能算法，层出不穷，但关键在于举一反三和灵活运用，这样才能创造出更好的算法，得到更惊艳的效果。

下面我们给出 C 语言实现上述三种美白算法的核心代码：

#include <string.h>
#include<stdlib.h>
#include<math.h>
#include<string.h>
#include"Commen.h"
#include"f_LUTFilter.h"
#include"f_SkinPDF.h"
#include"f_GaussFilter.h"
#include"f_SkinWhite.h"
/*************************************************************************
*函数: 肤色美白
*参数:
*srcData:32BGRA 位图像数据
*width: 图像宽度
*height: 图像高度
*stride: 图像 Stride
*skinMask: 皮肤蒙版
*lutData: 32BGRA LUT 图像数据
*ratio: 美白程度,范围[0,100]
*返回值: 0-成功,其他失败
**************************************************************************/
int f_SkinWhite(unsigned char* srcData, int width, int height, int stride, 
unsigned char* lutData, int ratio) 
{ 
    int ret = 0; 
    int length = height * stride; 
    unsigned char* tempData = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * 
length); 
    memcpy(tempData, srcData, sizeof(unsigned char) * length); 
    unsigned char* skinPDF = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * 
length); 
    memcpy(skinPDF, srcData, sizeof(unsigned char) * length); 
    ret = f_SkinPDF(skinPDF, width, height, stride); 
    int maskSmoothRadius = 3; 
    ret = f_FastGaussFilter(skinPDF, width, height, stride, 
maskSmoothRadius); 
    ret = f_LUTFilter(tempData, width, height, stride, lutData); 
    unsigned char* pSrc = srcData; 
    unsigned char* pLut = tempData; 
    unsigned char* pSkin = skinPDF; 
    for(int j = 0; j < height; j++) 
    { 
        for(int i = 0; i < width; i++) 
        { 
            int r, g, b, a; 
            b = CLIP3((pSrc[0] * (100 - ratio) + pLut[0] * ratio) / 100, 0, 255); 
            g = CLIP3((pSrc[1] * (100 - ratio) + pLut[1] * ratio) / 100, 0, 255); 
            r = CLIP3((pSrc[2] * (100 - ratio) + pLut[2] * ratio) / 100, 0, 255); 
            a = (pSkin[0] + pSkin[1] + pSkin[2]) / 3; 
            pSrc[0] = CLIP3((b * a + pSrc[0] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc[1] = CLIP3((g * a + pSrc[1] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc[2] = CLIP3((r * a + pSrc[2] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc += 4; 
            pLut += 4; 
            pSkin += 4; 
        } 
    } 
    free(tempData); 
    free(skinPDF); 
    return ret; 
}; 
/************************************************************************* 
*函数: 肤色美白曲线法  
*参数: 
*srcData:32BGRA 图像数据 
*width:  图像宽度 
*height: 图像高度 
*stride: 图像 Stride 
*belta: 曲线参数 belta,范围[2,10],默认:2 
*ratio: 磨皮程度,范围 [0,100] 
*返回值: 0-成功,其他失败 
*参考资料: "A Two-Stage Contrast Enhancement Algorithm for Digital Images" 
**************************************************************************/ 
int f_SkinWhiteCurve(unsigned char* srcData, int width, int height, int 
stride, int belta, int ratio) 
{ 
    int ret = 0; 
    int length = height * stride; 
    unsigned char* skinPDF = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * 
length); 
    memcpy(skinPDF, srcData, sizeof(unsigned char) * length); 
    ret = f_SkinPDF(skinPDF, width, height, stride); 
    int maskSmoothRadius = 3; 
    ret = f_FastGaussFilter(skinPDF, width, height, stride, 
maskSmoothRadius); 
    unsigned char* pSrc = srcData; 
    unsigned char* pSkin = skinPDF; 
    for(int j = 0; j < height; j++) 
    { 
        for(int i = 0; i < width; i++) 
        { 
            int r, g, b, a; 
            //skin white curve 
            b = CLIP3(log((float)pSrc[0] * (belta - 1) / 255.0f + 1) / 
log((float)belta) * 255.0f, 0, 255); 
            g = CLIP3(log((float)pSrc[1] * (belta - 1) / 255.0f + 1) / 
log((float)belta) * 255.0f, 0, 255); 
            r = CLIP3(log((float)pSrc[2] * (belta - 1) / 255.0f + 1) / 
log((float)belta) * 255.0f, 0, 255); 
            b = CLIP3((b * ratio + pSrc[0] * (100 - ratio)) / 100, 0, 255); 
            g = CLIP3((g * ratio + pSrc[1] * (100 - ratio)) / 100, 0, 255); 
            r = CLIP3((r * ratio + pSrc[2] * (100 - ratio)) / 100, 0, 255); 
            //skin pdf 
            a = (pSkin[0] + pSkin[1] + pSkin[2]) / 3; 
            pSrc[0] = CLIP3((b * a + pSrc[0] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc[1] = CLIP3((g * a + pSrc[1] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc[2] = CLIP3((r * a + pSrc[2] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc += 4; 
            pSkin += 4; 
        } 
    } 
    free(skinPDF); 
    return ret; 
} 
 inline int ModeSmoothLight(int basePixel,int mixPixel) 
{ 
  int res = 0; 
  res = mixPixel > 128 ? 
((int)((float)basePixel+((float)mixPixel+(float)mixPixel-
255.0f)*((sqrt((float)basePixel/255.0f) )*255.0f-(float)basePixel)/255.0f)): 
        ((int)((float)basePixel+((float)mixPixel+(float)mixPixel-
255.0f)*((float)basePixel-(float)basePixel*(float)basePixel/255.0f)/255.0f)); 
  return CLIP3(res, 0, 255); 
}; 
 /************************************************************************* 
*函数: PS 图层法肤色美白 
*参数: 
*srcData:32BGRA 图像数据 
*width:  图像宽度 
*height: 图像高度 
*stride: 图像 Stride 
*ratio: 磨皮程度,范围 [0,100] 
*返回值: 0-成功,其他失败 
**************************************************************************/ 
int f_SkinWhitePS(unsigned char* srcData, int width, int height, int stride, 
int ratio) 
{ 
    int ret = 0; 
    int length = height * stride; 
    unsigned char* skinPDF = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * 
length); 
    memcpy(skinPDF, srcData, sizeof(unsigned char) * length); 
    ret = f_SkinPDF(skinPDF, width, height, stride); 
    int maskSmoothRadius = 3; 
    ret = f_FastGaussFilter(skinPDF, width, height, stride, maskSmoothRadius); 
    unsigned char* pSrc = srcData; 
    unsigned char* pSkin = skinPDF; 
    for(int j = 0; j < height; j++)    
        { 
        for(int i = 0; i < width; i++) 
        { 
            int r, g, b, a; 
            //skin white using smoothlight of ps 
            b = ModeSmoothLight(pSrc[0], 255); 
            g = ModeSmoothLight(pSrc[1], 255); 
            r = ModeSmoothLight(pSrc[2], 255); 
            b = CLIP3((b * ratio + pSrc[0] * (100 - ratio)) / 100, 0, 255); 
            g = CLIP3((g * ratio + pSrc[1] * (100 - ratio)) / 100, 0, 255); 
            r = CLIP3((r * ratio + pSrc[2] * (100 - ratio)) / 100, 0, 255); 
            //skin pdf 
            a = (pSkin[0] + pSkin[1] + pSkin[2]) / 3; 
            pSrc[0] = CLIP3((b * a + pSrc[0] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc[1] = CLIP3((g * a + pSrc[1] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc[2] = CLIP3((r * a + pSrc[2] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc += 4; 
            pSkin += 4; 
        } 
    } 
    free(skinPDF); 
    return ret; 
}          

皮肤调色算法

皮肤调色算法也叫肤色调节算法，它的定义就是通过算法来实现皮肤颜色的变换。上节中介绍的美白算法，实际上就是肤色调节的一种特例，将皮肤颜色调白即是美白。目前肤色调节在美颜相机中有较多使用，通过肤色调节，美颜相机中给出了各种滤镜特效，让人的皮肤呈现白里透红、粉嫩淡雅、健康小麦色等。

肤色调节算法的流程如下：

①使用 Photoshop、Gimp 等图像编辑软件对样例图调出所需肤色。

②根据步骤①，调出经典 LUT。

③将查找表应用于人像照片的皮肤区域。

根据上述流程，我们给出一组糖果色肤色的效果测试，如下图所示。

糖果色效果调色

在上图中，使用 PS 中的“可选颜色”与“曲线”功能调配了一种糖果肤色的效果，并对应生成了 LUT。使用这个 LUT 结合皮肤区域检测得到最后的肤色调节效果，如下图所示。从图中可以看到，除了皮肤区域，其他区域基本没有调色，这样就达到了调至糖果色皮肤的目的。

糖果色肤色调色（LUT+肤色概率模型）

肤色调节算法与 LUT 美白算法非常类似，代码可以通用，唯一不同之处在于 LUT 的不同，我们给出 C 语言实现的代码，如下：

#include <string.h> 
#include<stdlib.h> 
#include<math.h> 
#include<string.h> 
#include"Commen.h" 
#include"f_LUTFilter.h" 
#include"f_SkinPDF.h" 
#include"f_GaussFilter.h" 
#include"f_SkinColor.h" 
/*************************************************************************
*函数: 肤色调节 
*参数: 
*srcData:32BGRA 图像数据 
*width:  图像宽度 
*height: 图像高度 
*stride: 图像 Stride 
*skinMask: 皮肤蒙版 
*lutData: 32BGRA LUT 图像数据 
*ratio: 肤色程度,范围 [0,100] 
*返回值: 0-成功,其他失败 
**************************************************************************/ 
int f_SkinColor(unsigned char* srcData, int width, int height, int stride, 
unsigned char* lutData, int ratio)
{ 
    int ret = 0; 
    int length = height * stride; 
    unsigned char* tempData = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * 
length); 
    memcpy(tempData, srcData, sizeof(unsigned char) * length); 
    unsigned char* skinPDF = (unsigned char*)malloc(sizeof(unsigned char) * 
length); 
    memcpy(skinPDF, srcData, sizeof(unsigned char) * length); 
    ret = f_SkinPDF(skinPDF, width, height, stride); 
    int maskSmoothRadius = 3; 
    ret = f_FastGaussFilter(skinPDF, width, height, stride, 
maskSmoothRadius); 
    ret = f_LUTFilter(tempData, width, height, stride, lutData); 
    unsigned char* pSrc = srcData; 
    unsigned char* pLut = tempData; 
    unsigned char* pSkin = skinPDF; 
    for(int j = 0; j < height; j++) 
    {
        for(int i = 0; i < width; i++) 
        { 
            int r, g, b, a; 
            b = CLIP3((pSrc[0] * (100 - ratio) + pLut[0] * ratio) / 100, 0, 255); 
            g = CLIP3((pSrc[1] * (100 - ratio) + pLut[1] * ratio) / 100, 0, 255); 
            r = CLIP3((pSrc[2] * (100 - ratio) + pLut[2] * ratio) / 100, 0, 255); 
            a = (pSkin[0] + pSkin[1] + pSkin[2]) / 3; 
            pSrc[0] = CLIP3((b * a + pSrc[0] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc[1] = CLIP3((g * a + pSrc[1] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc[2] = CLIP3((r * a + pSrc[2] * (255 - a)) / 255, 0, 255); 
            pSrc += 4; 
            pLut += 4; 
            pSkin += 4; 
        } 
    } 
    free(tempData); 
    free(skinPDF); 
    return ret; 
}; 

（完）

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