Python圖像處理庫：Pillow 初級教程

2014-09-14 翻譯 http://pillow.readthedocs.org/en/latest/handbook/tutorial.html

Pillow由PIL而來，所以該導入該庫使用import PIL

本文相關的代碼：https://github.com/445141126/pillow_example

Image類

Pillow中最重要的類就是Image，該類存在於同名的模塊中。可以通過以下幾種方式實例化：從文件中讀取圖片，處理其他圖片得到，或者直接創建一個圖片。

使用Image模塊中的open函數打開一張圖片：

>>> from PIL import Image
>>> im = Image.open("lena.ppm")

如果打開成功，返回一個Image對象，可以通過對象屬性檢查文件內容

>>> from __future__ import print_function
>>> print(im.format, im.size, im.mode)
PPM (512, 512) RGB

format屬性定義了圖像的格式，如果圖像不是從文件打開的，那么該屬性值為None；size屬性是一個tuple，表示圖像的寬和高（單位為像素）；mode屬性為表示圖像的模式，常用的模式為：L為灰度圖，RGB為真彩色，CMYK為pre-press圖像。

如果文件不能打開，則拋出IOError異常。

當有一個Image對象時，可以用Image類的各個方法進行處理和操作圖像，例如顯示圖片：

>>> im.show()

ps：標准版本的show()方法不是很有效率，因為它先將圖像保存為一個臨時文件，然后使用xv進行顯示。如果沒有安裝xv，該函數甚至不能工作。但是該方法非常便於debug和test。（windows中應該調用默認圖片查看器打開）

讀寫圖片

Pillow庫支持相當多的圖片格式。直接使用Image模塊中的open()函數讀取圖片，而不必先處理圖片的格式，Pillow庫自動根據文件決定格式。

Image模塊中的save()函數可以保存圖片，除非你指定文件格式，那么文件名中的擴展名用來指定文件格式。

圖片轉成jpg格式

from __future__ import print_function
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:
            Image.open(infile).save(outfile)
        except IOError:
            print("cannot convert", infile)

save函數的第二個參數可以用來指定圖片格式，如果文件名中沒有給出一個標准的圖像格式，那么第二個參數是必須的。

創建縮略圖

from __future__ import print_function
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:
            im = Image.open(infile)
            im.thumbnail(size)
            im.save(outfile, "JPEG")
        except IOError:
            print("cannot create thumbnail for", infile)

必須指出的是除非必須，Pillow不會解碼或raster數據。當你打開一個文件，Pillow通過文件頭確定文件格式，大小，mode等數據，余下數據直到需要時才處理。

這意味着打開文件非常快，與文件大小和壓縮格式無關。下面的程序用來快速確定圖片屬性：

確定圖片屬性

from __future__ import print_function
import sys
from PIL import Image

for infile in sys.argv[1:]:
    try:
        with Image.open(infile) as im:
            print(infile, im.format, "%dx%d" % im.size, im.mode)
    except IOError:
        pass

裁剪、粘貼、與合並圖片

Image類包含還多操作圖片區域的方法。如crop()方法可以從圖片中提取一個子矩形

從圖片中復制子圖像

box = im.copy() #直接復制圖像
box = (100, 100, 400, 400)
region = im.crop(box)

區域由4-tuple決定，該tuple中信息為(left, upper, right, lower)。 Pillow左邊系統的原點（0，0）為圖片的左上角。坐標中的數字單位為像素點，所以上例中截取的圖片大小為300*300像素^2。

處理子圖，粘貼回原圖

region = region.transpose(Image.ROTATE_180)
im.paste(region, box)

將子圖paste回原圖時，子圖的region必須和給定box的region吻合。該region不能超過原圖。而原圖和region的mode不需要匹配，Pillow會自動處理。

另一個例子

Rolling an image

def roll(image, delta):
    "Roll an image sideways"

    image = image.copy() #復制圖像
    xsize, ysize = image.size

    delta = delta % xsize
    if delta == 0: return image

    part1 = image.crop((0, 0, delta, ysize))
    part2 = image.crop((delta, 0, xsize, ysize))
    image.paste(part2, (0, 0, xsize-delta, ysize))
    image.paste(part1, (xsize-delta, 0, xsize, ysize))

    return image

分離和合並通道

r, g, b = im.split()
im = Image.merge("RGB", (b, g, r))

對於單通道圖片，split()返回圖像本身。為了處理單通道圖片，必須先將圖片轉成RGB。

幾何變換

Image類有resize()、rotate()和transpose()、transform()方法進行幾何變換。

簡單幾何變換

out = im.resize((128, 128))
out = im.rotate(45) # 順時針角度表示

置換圖像

out = im.transpose(Image.FLIP_LEFT_RIGHT)
out = im.transpose(Image.FLIP_TOP_BOTTOM)
out = im.transpose(Image.ROTATE_90)
out = im.transpose(Image.ROTATE_180)
out = im.transpose(Image.ROTATE_270)

transpose()和象的rotate()沒有性能差別。

更通用的圖像變換方法可以使用transform()

模式轉換

convert()方法

模式轉換

im = Image.open('lena.ppm').convert('L')

圖像增強

Filter

ImageFilter模塊包含很多預定義的增強filters，通過filter()方法使用

應用filters

from PIL import ImageFilter
out = im.filter(ImageFilter.DETAIL) 

像素點處理

point()方法通過一個函數或者查詢表對圖像中的像素點進行處理（例如對比度操作）。

像素點變換

# multiply each pixel by 1.2
out = im.point(lambda i: i * 1.2)

上述方法可以利用簡單的表達式進行圖像處理，通過組合point()和paste()還能選擇性地處理圖片的某一區域。

處理單獨通道

# split the image into individual bands
source = im.split()

R, G, B = 0, 1, 2

# select regions where red is less than 100
mask = source[R].point(lambda i: i < 100 and 255)

# process the green band
out = source[G].point(lambda i: i * 0.7)

# paste the processed band back, but only where red was < 100
source[G].paste(out, None, mask)

# build a new multiband image
im = Image.merge(im.mode, source)

注意到創建mask的語句：

mask = source[R].point(lambda i: i < 100 and 255)

該句可以用下句表示

imout = im.point(lambda i: expression and 255)

如果expression為假則返回expression的值為0（因為and語句已經可以得出結果了），否則返回255。（mask參數用法：當為0時，保留當前值，255為使用paste進來的值，中間則用於transparency效果）

高級圖片增強

對其他高級圖片增強，應該使用ImageEnhance模塊 。一旦有一個Image對象，應用ImageEnhance對象就能快速地進行設置。 可以使用以下方法調整對比度、亮度、色平衡和銳利度。

圖像增強

from PIL import ImageEnhance

enh = ImageEnhance.Contrast(im)
enh.enhance(1.3).show("30% more contrast")

動態圖

Pillow支持一些動態圖片的格式如FLI/FLC，GIF和其他一些處於實驗階段的格式。TIFF文件同樣可以包含數幀圖像。

當讀取動態圖時，PIL自動讀取動態圖的第一幀，可以使用seek和tell方法讀取不同幀。

from PIL import Image

im = Image.open("animation.gif")
im.seek(1) # skip to the second frame

try:
    while 1:
        im.seek(im.tell()+1)
        # do something to im
except EOFError:
    pass # end of sequence

當讀取到最后一幀時，Pillow拋出EOFError異常。

當前版本只允許seek到下一幀。為了倒回之前，必須重新打開文件。

或者可以使用下述迭代器類

動態圖迭代器類

class ImageSequence:
    def __init__(self, im):
        self.im = im
    def __getitem__(self, ix):
        try:
            if ix:
                self.im.seek(ix)
            return self.im
        except EOFError:
            raise IndexError # end of sequence

for frame in ImageSequence(im):
    # ...do something to frame...

Postscript Printing

Pillow允許通過Postscript Printer在圖片上添加images、text、graphics。

Drawing Postscript

from PIL import Image
from PIL import PSDraw

im = Image.open("lena.ppm")
title = "lena"
box = (1*72, 2*72, 7*72, 10*72) # in points

ps = PSDraw.PSDraw() # default is sys.stdout
ps.begin_document(title)

# draw the image (75 dpi)
ps.image(box, im, 75)
ps.rectangle(box)

# draw centered title
ps.setfont("HelveticaNarrow-Bold", 36)
w, h, b = ps.textsize(title)
ps.text((4*72-w/2, 1*72-h), title)

ps.end_document()

ps：textsize不能用，有誰知道嗎

更多讀取圖片方法

之前說到Image模塊的open()函數已經足夠日常使用。該函數的參數也可以是一個文件對象。

從string中讀取

import StringIO

im = Image.open(StringIO.StringIO(buffer))

從tar文件中讀取

from PIL import TarIO

fp = TarIO.TarIO("Imaging.tar", "Imaging/test/lena.ppm")
im = Image.open(fp)

草稿模式

draft()方法允許在不讀取文件內容的情況下盡可能（可能不會完全等於給定的參數）地將圖片轉成給定模式和大小，這在生成縮略圖的時候非常有效（速度要求比質量高的場合）。

draft模式

from __future__ import print_function
im = Image.open(file)
print("original =", im.mode, im.size)

im.draft("L", (100, 100))
print("draft =", im.mode, im.size)