python图像处理之一 - Pillow的基本用法

Python图像处理入门：

第一章 PIL/Pillow的基本用法

Python用于数字图像处理时，常用的一个第三方库是PIL，全称为：Python Imaging Library。 PIL由Fredrik Lundh和一些志愿者开发，是Python平台一个功能较强而简单易用的图像处理库，但好像只能支持到Python 2.7版。后来Alex Clark和一些志愿者开发了PIL的一个Fork（大概为 “克隆”的意思），创建了兼容 Python 3 的Pillow。“Pillow is the friendly PIL fork”，这是[1]的第一句。

在图像处理方面，Pillow包含了基本的功能，包括点操作、用卷积核进行过滤、色彩空间转换等。 该库也支持图像的大小调整、旋转和任意仿射变换。 还可以通过直方图方法从图像中提取一些统计信息，用于自动对比度增强和全局统计分析。

本文是笔者学习和练习Pillow的笔记，软件环境是Windows10，PyCharm社区版和Jupyter Lab。主要内容来自文献 [1-2]，并参考了[3]-[8]等文献。

注意，安装Pillow 之前，必须先卸载 PIL，具体的安装和升级方法可参见[1]中的Installation。

第一节 Pillow功能简介

Pillow库包含基本的图像处理功能，包括点操作、使用一组内置卷积核进行过滤以及色彩空间转换。 该库还支持图像大小调整、旋转和任意仿射变换。 有一种直方图方法允许您从图像中提取一些统计信息。 这可用于自动对比度增强和全局统计分析。

1使用图像类(Using the Image class)

PIL中最重要的类是 Image 类，在一个同名的模块中定义。可以通过多种方式创建此类的实例，例如从图像文件加载图像，处理其他图像，或创建新图像。 从图像文件加载图像时要使用 Image 模块中的 open() 函数：

>>> from PIL import Image

>>> im = Image.open("hopper.ppm")

如果成功，此函数将返回一个 Image 对象。 您现在可以使用实例属性来检查文件内容：

>>> print(im.format, im.size, im.mode)

PPM (512, 512) RGB

其中，format 属性用来标识图像来源，如果图像并不是从文件中读取的则其值为 None；size 属性是一个包含宽度和高度（以像素为单位）的 2 元数组； mode 属性给出图像中通道的数量和像素类型等信息。 常见的模式有“L”（亮度）用于灰度图像，“RGB”用于真彩色图像，“CMYK”用于印前图像。

如果无法打开文件，则会引发 OSError 异常。一旦有了 Image 类的实例，就可以使用该类的方法来处理和操作图像。 例如，让我们显示刚刚加载的图像：

>>> im.show()

2图像的读写(Reading and writing images) - Image类的open()和save()方法

PIL支持多种图像文件格式。 从磁盘读取文件，应使用 Image 对象的 open()方法，保存文件则用 save() 方法。在这两个方法中，绝对路径和相对路径都可以使用。

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例1

from PIL import Image

im = Image.open("./雪山草原.jpg")   # 使用相对路径
print(im.size, im.mode, im.format, type(im))
# (532, 492) RGB JPEG
im.show()

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                   雪山草原.jpg                            雪山草原_gray.png

例2

im_g = im.convert('L')  #  把例1的jpg彩色图像im转换成黑白灰度图像im_g

print(im_g.size, im_g.mode, im_g.format, type(im_g))
# (532, 492) L None

#保存im_g，这里使用了绝对路径。我们使用扩展名 .png,使得文件被保存为png格式的文件。

im_g.save('D:\PYthon\pythonProject\Py-ImagePro\配套代码\雪山草原_gray.png')  

# 打开并显示雪山草原_gray.png

imm = Image.open("./雪山草原_gray.png")
print(imm.size, imm.mode, imm.format, type(imm))
# (532, 492) L PNG
imm.show()

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注1：save() 可以接收第二个参数，用于指定文件格式。使用非标准扩展名时，必须以这种方式指定格式。

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例3  把im_g保存为'JPEG'格式的图像文件: 雪山草原_gray.pm

im_g = im.convert('L')  #  把例1的png彩色图像im转换成黑白灰度图像im_g然后保存到文件夹，

im_g.save('./雪山草原_gray.pm', 'JPEG')

imm = Image.open("./雪山草原_gray.pm")

print(imm.size, imm.mode, imm.format, type(imm))

# (532, 492) L JPEG

imm.show()

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由于扩展名为pm，Windows的照片软件不能识别此文件，但仍可用IE打开，如上图。

将文件转换为 JPEG

例4  用法参见例6

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import os, sys

from PIL import Image

for infile in sys.argv[1:]:

    f, e = os.path.splitext(infile)

    outfile = f + ".jpg"

    if infile != outfile:

        try:

            with Image.open(infile) as im:

                im.save(outfile)

        except OSError:

            print("cannot convert", infile)

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创建 JPEG 缩略图

例5  用法参见例6 ，sys.argv[1:]参见注3。

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import os, sys

from PIL import Image

size = (128, 128)

for infile in sys.argv[1:]:

    outfile = os.path.splitext(infile)[0] + ".thumbnail"

    if infile != outfile:

        try:

            with Image.open(infile) as im:

                im.thumbnail(size)

                im.save(outfile, "JPEG")

        except OSError:

            print("cannot create thumbnail for", infile)

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注2，除非确实需要，PIL不会加载所有的图像数据。打开文件时，它会先读取文件头以确定文件格式并提取解码文件所需的模式、大小和其他属性等信息。

例6 为两个图像文件创建缩略图，在命令窗口中操作

1）当前文件夹没有.thumbnail文件，但有4个.jpg图像文件如下：

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D:\PYthon\pythonProject\Py-ImagePro\配套代码>dir *.jpg

2021/08/10  17:34           147,512 face.jpg

2021/06/01  18:23            70,780 hill.jpg

2021/06/08  16:12            24,958 messi.jpg

2021/08/10  17:35            22,177 parrot.jpg

               4 个文件        265,427 字节

2）我们在当前目录建立了一个文件test.py，其内容就是例5中的语句；

3）在当前目录执行语句 python test.py face.jpg hill.jpg  如下

D:\PYthon\pythonProject\Py-ImagePro\配套代码>python test.py face.jpg hill.jpg

4）可以看到当前目录刚刚新增了两个thumbnail文件

D:\PYthon\pythonProject\Py-ImagePro\配套代码>dir *.thumbnail

D:\PYthon\pythonProject\Py-ImagePro\配套代码 的目录

2021/08/22  11:42             4,061 face.thumbnail

2021/08/22  11:42             1,458 hill.thumbnail

               2 个文件          5,519 字节

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注3， sys.argv其实就是一个元组，里边的项为用户输入的参数。注意参数是从程序外部输入的，而与代码本身无关。将程序保存后从外部来运行并列出参数，就可以看到它的效果。参见例6。

识别图像文件

例7  用法参见例6，该程序可用于判别一组文件是否图像文件

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import sys

from PIL import Image

for infile in sys.argv[1:]:

    try:

        with Image.open(infile) as im:

            print(infile, im.format, f"{im.size}x{im.mode}")

    except OSError:

        pass

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3 剪切、粘贴与合并Cutting, pasting, and merging images

Image 类包含操作图像中的区域的方法。 从图像中提取子矩形可用crop() 方法。

（待续）