python 图像处理库 PIL/Pillow Python Imaging Library

PIL:Python Imaging Library,是Python平台事实上的图像处理标准库,PIL功能非常强大。Pillow是PIL的一个派生分支,但如今已经发展成为比PIL本身更具活力的图像处理库。pillow可以说已经取代了PIL,将其封装成python的库(pip即可安装),且支持python2和python3。由于PIL仅支持到Python 2.7,加上年久失修,于是一群志愿者在PIL的基础上创建了兼容的版本,名字叫Pillow

1、Pillow安装

注意 : Pillow 不能和 PIL 在一个环境里共存,所以如果安装过 PIL,请先卸载 PIL!

Pillow的Github主页:https://github.com/python-pillow/Pillow 

pip install pillow

2、简介

PIL和Pillow的调用都是 import PIL。所以,以下Pillow称为PIL,因为我的环境是python3.x。PIL可以做很多和图像处理相关的事情:

  • 图像归档(Image Archives):PIL非常适合于图像归档以及图像的批处理任务。你可以使用PIL创建缩略图,转换图像格式,打印图像等等。
  • 图像展示(Image Display):PIL较新的版本支持包括Tk PhotoImage,BitmapImage还有Windows DIB等接口。PIL支持众多的GUI框架接口,可以用于图像展示。
  • 图像处理(Image Processing):PIL包括了基础的图像处理函数,包括对点的处理,使用众多的卷积核(convolution kernels)做过滤(filter),还有颜色空间的转换。PIL库同样支持图像的大小转换,图像旋转,以及任意的仿射变换。PIL还有一些直方图的方法,允许你展示图像的一些统计特性。这个可以用来实现图像的自动对比度增强,还有全局的统计分析等。

3、代码示例

from PIL import Image
im=Image.open("doge.jpg")  #打开一张图片
 
#图片的属性
print(im.mode)   #图片的模式,如RGB
print(im.size)   #图片的尺寸
print(im.format) #图片的格式
print(im.info)   #图片的信息
print(im.histogram())   #图片的颜色直方图
 
#图片的操作
im.rotate(45).show()    #将图片向左旋转45度并显示
im.copy().show()        #将图片复制并且显示
im=im.convert("P")      #将图片模式变为8位像素模式,即灰度模式
im.save("Coin.png")     #保存为test.png图片

其他功能如切片、旋转、滤镜、输出文字、调色板等一应俱全。

模糊效果也只需几行代码:

from PIL import Image, ImageFilter

# 打开一个jpg图像文件,注意是当前路径:
im = Image.open('C:/path/to/image/doge.png')
# 应用模糊滤镜:
im2 = im.filter(ImageFilter.BLUR)
im2.save('C:/path/to/image/doge_obscure.png')

图片模糊效果的代码在执行的时候可能会遇到报cannot filter palette images 的错如下:

cannot filter palette images
print (im.format, im.size,im.mode)

# PNG (300, 372) P

P代表是调色板。

在StackOverflow上搜索了下,找到了该问题:

http://stackoverflow.com/questions/10323692/cannot-filter-palette-images-error-when-doing-a-imageenhance-sharpness

It’s quite common for algorithms to be unable to work with a palette based image. The convert in the above changes it to have a full RGB value at each pixel location.
大致翻译如下:在算法中,不能处理一个调色板图像很正常。这种“转换”需要在每一个像素点有全RGB值。 所以对应修改代码如下:

im2 = im.convert('RGB').filter(ImageFilter.BLUR)

PIL还有很多的强大功能,请请参考Pillow官方文档:https://pillow.readthedocs.org/

参考链接:

https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1016959663602400/1017785454949568
https://blog.csdn.net/u010196573/article/details/16822035

opencv python 基础入门(3): 图像阀值-(二值化) Image Binarization

什么叫图像的二值化?二值化就是让图像的像素点矩阵中的每个像素点的灰度值为0(黑色)或者255(白色),也就是让整个图像呈现只有黑和白的效果。在灰度化的图像中灰度值的范围为0~255,在二值化后的图像中的灰度值范围是0或者255。

  • 黑色:二值化后的R = 二值化后的G = 二值化后的B = 0
  • 白色:二值化后的R = 二值化后的G = 二值化后的B = 255

一个像素点在灰度化之后的灰度值怎么转化为 0 或者255呢?比如灰度值为120,那么在二值化后到底是0还是255? 这就涉及到取一个阀值的问题。

图像二值化效果图

1、灰度化和二值化的区别

图像的二值化是将图像上的像素点的灰度值设置为0或255

图像的灰度是指在RGB模型中,如果R=G=B时,则彩色表示一种灰度颜色,其中R=G=B的值叫灰度值,因此,灰度图像每个像素只需一个字节存放灰度值(又称强度值、亮度值),灰度范围为0-255。一般常用的是加权平均法来获取每个像素点的灰度值。

一般先将图像灰度化,然后再二值化,然后在进行边缘处理等操作

2、常用二值化方法

方法一: 取阀值为127(相当于0~255的中数),让灰度值小于等于127的变为0(黑色),灰度值大于127的变为255(白色),这样做的好处是计算量小速度快,但是缺点也是很明显的,因为这个阀值在不同的图片中均为127。但是不同的图片,他们的颜色 分布差别很大,所以用127做阀值,效果肯定是不好的。

方法二: 取阀值为计算像素点矩阵中的所有像素点的灰度值的平均值
(像素点1灰度值+…+像素点n灰度值)/ n = 像素点平均值avg
然后让每一个像素点与像素点平均值比较,小于等于avg的像素点就为0(黑色),大于avg的 为255(白色)

方法三: 使用直方图方法(也叫双峰法)来寻找阀值,直方图是图像的重要特质。直方图方法认为图像由前景和背景组成,在灰度直方图上,前景和背景都形成高峰,在双峰之间的最低谷处就是阀值所在。取到阀值之后再一 一比较就可以了。

3、自适应阀值 (adaptive thresholding)

之前文章中的部分我们使用是全局阈值,整幅图像采用同一个数作为阈值。当时这种方法并不适应与所有情况,尤其是当同一幅图像上的不同部分的具有不同亮度时。这种情况下我们需要采用自适应阈值。此时的阈值是根据图像上的每一个小区域计算与其对应的阈值。因此在同一幅图像上的不同区域采用的是不同的阈值,从而使我们能在亮度不同的情况下得到更好的结果。

cv2.adaptiveThreshold() 自适应阈值处理,图像不同部位采用不同的阈值进行处理
参数:
    img: 图像对象,8-bit单通道图
    maxValue:最大值
    adaptiveMethod: 自适应方法
        cv2.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C     :阈值为周围像素的平均值
        cv2.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C : 阈值为周围像素的高斯均值(按权重)
    threshType:
        cv2.THRESH_BINARY:     小于阈值的像素置为0,大于阈值的置为maxValuel
        cv2.THRESH_BINARY_INV:  小于阈值的像素置为maxValue,大于阈值的置为0
    blocksize: 计算阈值时,自适应的窗口大小,必须为奇数 (如3:表示附近3个像素范围内的像素点,进行计算阈值)
    C: 常数值,通过自适应方法计算的值,减去该常数值
(mean value of the blocksize*blocksize neighborhood of (x, y) minus C);我们提供一个简单的叫做C的参数。这个值是一个从平均值中减去的整数,使我们可以微调我们的阈值

一般来说,在平均自适应阈值和高斯自适应阈值之间进行选择需要在您的最后进行一些实验。要改变的最重要的参数是邻域大小和C,即从平均值中减去的值。通过试验这个值,你将能够显着地改变你的阈值的结果。

代码示例:

def adaptive_demo():
    image = cv.imread("C:/path/to/image/doge.png")
    image = cv.cvtColor(image, cv.COLOR_BGR2GRAY)
    blured = cv.GaussianBlur(image, (5, 5), 0)
    cv.imshow("Image", image)

    thresh = cv.adaptiveThreshold(blured, 255, cv.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C, cv.THRESH_BINARY_INV, 11, 4)
    cv.imshow("mean thresh", thresh)

    thresh = cv.adaptiveThreshold(blured, 255, cv.ADAPTIVE_THRESH_GAUSSIAN_C, cv.THRESH_BINARY_INV, 15, 3)
    cv.imshow("GAUSSIAN thresh", thresh)
    cv.waitKey(0)

图像自适应阀值效果图

4、奥斯二值化(Otsu’s Binarization)

在使用全局阈值时,我们就是随便给了一个数来做阈值,那我们怎么知道
我们选取的这个数的好坏呢?答案就是不停的尝试。如果是一副双峰图像(简
单来说双峰图像是指图像直方图中存在两个峰)呢?我们岂不是应该在两个峰
之间的峰谷选一个值作为阈值?这就是Otsu 二值化要做的。简单来说就是对
一副双峰图像自动根据其直方图计算出一个阈值。(对于非双峰图像,这种方法
得到的结果可能会不理想)。

代码示例:

def otsu_demo():
    img = cv.imread('C:/path/to/image/doge.png', 0)
    cv.imshow("init", img)
    # global thresholding
    ret1, th1 = cv.threshold(img, 127, 255, cv.THRESH_BINARY)
    cv.imshow("global thresh", th1)
    # Otsu's thresholding
    ret2, th2 = cv.threshold(img, 0, 255, cv.THRESH_BINARY + cv.THRESH_OTSU)
    cv.imshow("Otsu's  thresh", th2)
    # Otsu's thresholding after Gaussian filtering
    blur = cv.GaussianBlur(img, (5, 5), 0)
    ret3, th3 = cv.threshold(blur, 0, 255, cv.THRESH_BINARY + cv.THRESH_OTSU)

    cv.imshow("GAUSSIAN thresh", th3)
    cv.waitKey(0)
奥斯二值化对比效果图

5、Riddler-Calvard阈值法

Riddler-Calvard阈值法是基于直方图的二值化算法,是经典的全局阈值法,可惜OpenCV的全局阈值只支持 OTSU大律法与Triangle两种,不支持Riddler-Calvard阈值法,其实Riddler-Calvard跟OTSU与Triangle一样都是基于直方图计算得到阈值的二值化分割算法,唯一个不同的是Riddler-Calvard是基于迭代查找实现。我们可以利用Mahotas (计算机视觉和图像处理 Python 库)

Mahotas安装: pip install mahotas

代码示例:

def Riddler_demo():
    import mahotas
    image = cv.imread('C:/path/to/image/doge.png')
    cv.imshow("init", image)
    image = cv.cvtColor(image, cv.COLOR_BGR2GRAY)
    blurred = cv.GaussianBlur(image, (5, 5), 0)
    T = mahotas.thresholding.rc(blurred)
    # 另一种方法找到最优值T 时要牢记Riddler-Calvard方法。
    # 使用mahotas.thresholding中的rc函数
    print("Riddler-Calvard:{}".format(T))
    thresh = image.copy()
    thresh[thresh > T] = 255
    thresh[thresh < 255] = 0
    thresh = cv.bitwise_not(thresh)
    cv.imshow("Riddler-Calvard", thresh)
    cv.waitKey(0)
#  Console 输出结果
#  Riddler-Calvard:142.24748359210108
Riddler-Calvard阈值法

opencv python 基础入门(2): 图像阀值-Image Thresholding

图像阈值分割是一种广泛应用的分割技术,利用图像中要提取的目标区域与其背景在灰度特性上的差异,把图像看作具有不同灰度级的两类区域(目标区域和背景区域)的组合,选取一个比较合理的阈值,以确定图像中每个像素点应该属于目标区域还是背景区域,从而产生相应的二值图像。

阈值分割法的特点是:适用于目标与背景灰度有较强对比的情况,重要的是背景或物体的灰度比较单一,而且总可以得到封闭且连通区域的边界。我们在之前的文章中简单介绍了OpenCV的基础知识,此篇进一步介绍OpenCV关于图像阈值的知识点。

1、常用的阈值方法:

2、OpenCV-Python Image Thresholding 图像阈值函数:

Python: cv2.threshold(src, thresh, maxval, type[, dst]) → retval, dst
参数:
    img:图像对象,必须是灰度图
    thresh:阈值
    maxval:最大值
    type:
        cv2.THRESH_BINARY:     小于阈值的像素置为0,大于阈值的置为maxval
        cv2.THRESH_BINARY_INV: 小于阈值的像素置为maxval,大于阈值的置为0
        cv2.THRESH_TRUNC:      小于阈值的像素不变,大于阈值的置为thresh
        cv2.THRESH_TOZERO       小于阈值的像素置0,大于阈值的不变
        cv2.THRESH_TOZERO_INV   小于阈值的不变,大于阈值的像素置0
返回两个值
    ret:阈值
    img:阈值化处理后的图像

注: INV 表示的是取反

3、阈值类型1:二进制阈值化 cv2.THRESH_BINARY

OpenCV Image Thresholding 二进制阈值化表达式

释义: 在运用该阈值类型的时候,先要选定一个特定的阈值量,比如:125,这样,新的阈值产生规则可以解释为大于125的像素点的灰度值设定为最大值(如8位灰度值最大为255),灰度值小于125的像素点的灰度值设定为0。

4、阈值类型2:反二进制阈值化 cv2.THRESH_BINARY_INV

OpenCV Image Thresholding 反二进制阈值化

释义: 该阈值化与二进制阈值化相似,先选定一个特定的灰度值作为阈值,不过最后的设定值相反。(在8位灰度图中,例如大于阈值的设定为0,而小于该阈值的设定为255)。

5、阈值类型3:截断阈值化 cv2.THRESH_TRUNC

OpenCV Image Thresholding 截断阈值化

释义: 同样首先需要选定一个阈值,图像中大于该阈值的像素点被设定为该阈值,小于该阈值的保持不变。(例如:阈值选取为125,那小于125的阈值不改变,大于125的灰度值(230)的像素点就设定为该阈值)。

6、阈值类型4:阈值化为0 cv2.THRESH_TOZERO

OpenCV Image Thresholding 阈值化为0

释义: 先选定一个阈值,然后对图像做如下处理:1 像素点的灰度值大于该阈值的不进行任何改变;2 像素点的灰度值小于该阈值的,其灰度值全部变为0。

7、阈值类型5:反阈值化为0 cv2.THRESH_TOZERO_INV

OpenCV Image Thresholding 反阈值化为0

释义: 原理类似于0阈值,但是在对图像做处理的时候相反,即:像素点的灰度值小于该阈值的不进行任何改变,而大于该阈值的部分,其灰度值全部变为0。

8、代码示例

import cv2.cv2 as cv
#全局阈值
def OpenCV_threshold(image):
    gray = cv.cvtColor(image, cv.COLOR_RGB2GRAY)  #把输入图像灰度化
    #直接阈值化是对输入的单通道矩阵逐像素进行阈值分割。
    ret, binary = cv.threshold(gray, 0, 255, cv.THRESH_BINARY | cv.THRESH_TRIANGLE)
    print("threshold value %s".format(ret))
    cv.namedWindow("binary0", cv.WINDOW_NORMAL)
    cv.imshow("binary0", binary)