Python圖像處理庫PIL怎么使用

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一、 簡介

1、 基本介紹

Pillow 是 Python 中較為基礎的圖像處理庫，主要用于圖像的基本處理，比如裁剪圖像、調整圖像大小和圖像顏色處理等。與 Pillow 相比，OpenCV 和 Scikit-image 的功能更為豐富，所以使用起來也更為復雜，主要應用于機器視覺、圖像分析等領域，比如眾所周知的“人臉識別”應用 。

2、 特點

• 支持格式繁多

  Pillow 支持廣泛的圖像格式，比如 "jpeg"，"png"，"bmp"，"gif"，"ppm"，"tiff" 等。同時，它也支持圖像格式之間的相互轉換。總之， Pillow 幾乎能夠處理任何格式的圖像

• 提供豐富的功能

  Pillow 提供了豐富的圖像處理功能，可概括為兩個方面：

  圖像歸檔，包括創建縮略圖、生成預覽圖像、圖像批量處理等；而圖像處理，則包括調整圖像大小、裁剪圖像、像素點處理、添加濾鏡、圖像顏色處理等

• 圖像歸檔

• 圖像處理

• 配合 GUI 工具使用

3、 安裝

pip install pillow
導包
imoprt PIL

二、 Image 對象

1、 實例化對象

1.1 實例化

導包

from PIL import Image

使用 open 方法

im = PIL.Image.open(fp) # 導入圖片
im.show() # 展示圖片

fp：圖片路徑

使用 open 方法

im = Image.new(mode,size,color) # 創建圖片
im.show() # 展示圖片

參數說明如下：

• mode：圖像模式，字符串參數，比如 RGB（真彩圖像）、L（灰度圖像）、CMYK（色彩圖打印模式）等

• size：圖像大小，元組參數（width, height）代表圖像的像素大小

• color：圖片顏色，默認值為 0 表示黑色，參數值支持（R,G,B）三元組數字格式、顏色的十六進制值以及顏色英文單詞

1.2 圖像模式

2、 對象屬性

import PIL.Image

im = PIL.Image.open(r"D:\35005\Pictures\Screenshots\微信圖片_20220302175157.jpg")
print(im.size) # 查看圖片大小
print(im.readonly) # 查看是否為只讀，1為是，0為否
print(im.format) # 查看圖片的格式
print(im.info) # 查看圖片的相關信息
print(im.mode) # 查看圖片的模式

3、 格式轉換

3.1 save 方法

save 方法用于保存 圖像，當不指定文件格式時，它會以默認的圖片格式來存儲；如果指定圖片格式，則會以指定的格式存儲圖片

語法：

im = PIL.Image.open(r"D:\35005\Pictures\Screenshots\微信圖片_20220302175157.jpg")
im.save(fp, format=None) # 保存圖片

參數說明如下：

• fp：圖片的存儲路徑，包含圖片的名稱，字符串格式

• format：可選參數，可以指定圖片的格式

3.2 convert 方法

注意，并非所有的圖片格式都可以用 save() 方法轉換完成，比如將 PNG 格式的圖片保存為 JPG 格式，如果直接使用 save() 方法就會出現錯誤

引發錯誤的原因是由于 PNG 和 JPG 圖像模式不一致導致的。其中 PNG 是四通道 RGBA 模式，即紅色、綠色、藍色、Alpha 透明色；JPG 是三通道 RGB 模式。因此要想實現圖片格式的轉換，就要將 PNG 轉變為三通道 RGB 模式

Image 類提供的 convert() 方法可以實現圖像模式的轉換。該函數提供了多個參數，比如 mode、matrix、dither 等，其中最關鍵的參數是 mode，其余參數無須關心

語法：

im.convert(mode, params) # 轉換模式
im.save(fp) # 保存圖片

參數：

• mode：指的是要轉換成的圖像模式

• params：其他可選參數

4、 圖片縮放

在圖像處理過程中經常會遇到縮小或放大圖像的情況，Image 類提供的 resize() 方法能夠實現任意縮小和放大圖像

語法：

im_new = im.resize(size, resample=image.BICUBIC, box=None, reducing_gap=None) # 注意要重新賦值
im_new.show() # 縮放后的圖片

參數：

• size：元組參數 (width,height)，圖片縮放后的尺寸

• resample：可選參數，指圖像重采樣濾波器，與 thumbnail() 的 resample 參數類似，默認為 Image.BICUBIC

• box：對指定圖片區域進行縮放，box 的參數值是長度為 4 的像素坐標元組，即 (左,上,右下)。注意，被指定的區域必須在原圖的范圍內，如果超出范圍就會報錯。當不傳該參數時，默認對整個原圖進行縮放

  (0, 0, 120, 180)代表的是以原圖的左上角為原點，選擇寬和高分別是(120,180)的圖像區域

• reducing_gap：可選參數，浮點參數值，用于優化圖片的縮放效果，常用參數值有 3.0 和 5.0

5、 創建縮略圖

縮略圖指的是將原圖縮小至一個指定大小（size）的圖像。通過創建縮略圖可以使圖像更易于展示和瀏覽

Image 對象提供了一個 thumbnail() 方法用來生圖像的縮略圖，等比縮放

語法：

im.thumbnail(size,resample) # 直接在原圖的基礎上修改
im.show() # 縮放后的圖片

參數：

• size：元組參數，指的是縮小后的圖像大小

• resample：可選參數，指圖像重采樣濾波器，有四種過濾方式，分別是 Image.BICUBIC（雙立方插值法）、PIL.Image.NEAREST（最近鄰插值法）、PIL.Image.BILINEAR（雙線性插值法）、PIL.Image.LANCZOS（下采樣過濾插值法），默認為 Image.BICUBIC

6、 圖像分離與合并

圖像（指數字圖像）由許多像素點組成，像素是組成圖像的基本單位，而每一個像素點又可以使用不同的顏色，最終呈現出了絢麗多彩的圖像 ，而圖像的分離與合并，指的就是圖像顏色的分離和合并

6.1 split 方法

im = PIL.Image.open(r"D:\35005\Pictures\Screenshots\微信圖片_20220302175157.jpg")
r, g, b = im.split() # split 方法使用較簡單，分離通道
r.show()
g.show()
b.show()

6.2 merge 方法

Image 類提供的 merge() 方法可以實現圖像的合并操作。注意，圖像合并，可以是單個圖像合并，也可以合并兩個以上的圖像

im_merge = PIL.Image.merge(mode, bands)
im_merge.show()

參數：

• mode：指定輸出圖片的模式

• bands：參數類型為元組或者列表序列，其元素值是組成圖像的顏色通道，比如 RGB 分別代表三種顏色通道，可以表示為 (r, g, b)

6.3 blend 方法

Image 類也提供了 blend() 方法來混合 RGBA 模式的圖片（PNG 格式）

語法：

PIL.Image.blend(image1,image2, alpha)

參數：

• image1：圖片對象1

• image2：圖片對象2

• alpha：透明度 ，取值范圍為 0 到 1，當取值為 0 時，輸出圖像相當于 image1 的拷貝，而取值為 1 時，則是 image2 的拷貝，只有當取值為 0.5 時，才為兩個圖像的中合。因此改值的大小決定了兩個圖像的混合程度

7、 圖像處理

7.1 圖像裁剪

Image 類提供的 crop() 函數允許我們以矩形區域的方式對原圖像進行裁剪

語法：

im_crop = im.crop(box=None) # box 代表裁剪區域
im_crop.show()

box 是一個有四個數字的元組參數 (x_左上,y_左下,x1_右上,y1_右下)，分別表示被裁剪矩形區域的左上角 x、y 坐標和右下角 x，y 坐標。默認 (0,0) 表示坐標原點，寬度的方向為 x 軸，高度的方向為 y 軸，每個像素點代表一個單位

7.2 拷貝和粘貼

拷貝、粘貼操作幾乎是成對出現的，Image 類提供了 copy() 和 paste() 方法來實現圖像的復制和粘貼

拷貝語法：

im_copy = im.copy() # 復制圖片

粘貼語法：

im_copy.paste(image, box=None, mask=None)

參數：

• image：指被粘貼的圖片

• box：指定圖片被粘貼的位置或者區域，其參數值是長度為 2 或者 4 的元組序列，長度為 2 時，表示具體的某一點 (x, y)；長度為 4 則表示圖片粘貼的區域，此時區域的大小必須要和被粘貼的圖像大小保持一致

• mask：可選參數，為圖片添加蒙版效果

注意：

• 粘貼后的圖片模式將自動保持一致，不需要進行額外的轉換

from PIL import Image

im = Image.open(r"D:\35005\Pictures\Screenshots\微信圖片_20220302175157.jpg")

# 復制一張圖片副本
im_copy = im.copy()

# 對副本進行裁剪
im_crop = im_copy.crop((0, 0, 200, 100))

# 創建一個新的圖像作為蒙版，L模式，單顏色值
image_new = Image.new('L', (200, 100), 200)

# 將裁剪后的副本粘貼至副本圖像上，并添加蒙版
im_copy.paste(im_crop, (100, 100, 300, 200), mask=image_new)

# 顯示粘貼后的圖像
im_copy.show()

8、幾何變化

圖像的幾何變換主要包括圖像翻轉、圖像旋轉和圖像變換操作，Image 類提供了處理這些操作的函數 transpose()、rotate() 和 transform()

8.1 transpose

該函數可以實現圖像的垂直、水平翻轉

語法：

im_out = im.transpose(method) # 生成新的圖像對象

method取值：

• Image.FLIP_LEFT_RIGHT：左右水平翻轉

• Image.FLIP_TOP_BOTTOM：上下垂直翻轉

• Image.ROTATE_90：圖像逆時針旋轉 90 度

• Image.ROTATE_180：圖像旋轉 180 度

• Image.ROTATE_270：圖像旋轉 270 度

• Image.TRANSPOSE：圖像轉置

• Image.TRANSVERSE：圖像橫向翻轉

8.2 rotate

當我們想把圖像旋轉任意角度時，可以使用 rotate() 函數

語法：

im_out = im.rotate(angle, resample=PIL.Image.NEAREST, expand=None, center=None, translate=None, fillcolor=None) # 返回圖像對象

參數：

• angle：表示任意旋轉的角度

• resample：重采樣濾波器，默認為 PIL.Image.NEAREST 最近鄰插值方法

• expand：可選參數，表示是否對圖像進行擴展，如果參數值為 True 則擴大輸出圖像，如果為 False 或者省略，則表示按原圖像大小輸出

• center：可選參數，指定旋轉中心，參數值是長度為 2 的元組，默認以圖像中心進行旋轉

• translate：參數值為二元組，表示對旋轉后的圖像進行平移，以左上角為原點；translate的參數值可以為負數

• fillcolor：可選參數，填充顏色，圖像旋轉后，對圖像之外的區域進行填充

8.3 transform

該函數能夠對圖像進行變換操作，通過指定的變換方式，產生一張規定大小的新圖像

語法：

im_out = im.transform(size, method, data=None, resample=0) # 返回圖像對象

參數：

• size：指定新圖片的大小

• method：指定圖片的變化方式，比如 Image.EXTENT 表示矩形變換

• data：該參數用來給變換方式提供所需數據

• resample：圖像重采樣濾波器，默認參數值為 PIL.Image.NEAREST

三、 ImageFilter

1、 簡介

隨著數字圖像技術的不斷發展，圖像降噪方法也日趨成熟，通過某些算法來構造濾波器是圖像降噪的主要方式。濾波器能夠有效抑制噪聲的產生，并且不影響被處理圖像的形狀、大小以及原有的拓撲結構

Pillow 通過 ImageFilter 類達到圖像降噪的目的，該類中集成了不同種類的濾波器，通過調用它們從而實現圖像的平滑、銳化、邊界增強等圖像降噪操作

2、 降噪處理

2.1 圖像降噪濾波器

2.2 使用語法

語法：

im_ft = im.filter(filt_mode) # 返回圖像對象，里面傳入濾波器

實例：

from PIL import Image, ImageFilter

im = Image.open(r"D:\35005\Pictures\Screenshots\微信圖片_20220302175157.jpg")
im_ft = im.filter(ImageFilter.EMBOSS) # 添加浮雕濾波器
im_ft.show()

相當于PS里面添加的濾鏡

四、 ImageColor

1、 簡介

Pillow 提供了顏色處理模塊 ImageColor，該模塊支持不同格式的顏色，比如 RGB 格式的顏色三元組、十六進制的顏色名稱（#ff0000）以及顏色英文單詞（"red"）。同時，它還可以將 CSS（層疊樣式表，用來修飾網頁）風格的顏色轉換為 RGB 格式

在 ImageColor 模塊對顏色的大小寫并不敏感，比如 "Red" 也可以寫為 " red"

2、 顏色處理

2.1 顏色命名

ImageColor 支持多種顏色模式的的命名（即使用固定的格式對顏值進行表示），比如我們熟知的 RGB 色彩模式，除此之外，還有 HSL （色調-飽和度-明度）、HSB （又稱 HSV，色調-飽和度-亮度）色彩模式。下面對 HSL 做簡單介紹：

• H：即 Hue 色調，取值范圍 0 -360，其中 0 表示“red”，120 表示 “green”，240 表示“blue”

• S：即 Saturation 飽和度，代表色彩的純度，取值 0~100%，其中 0 代表灰色（gry），100% 表示色光最飽和

• L：即 Lightness 明度，取值為 0~100%，其中 0 表示“black”黑色，50% 表示正常顏色，100% 則表示白色

亮度和明度的表達方式類似，鏈接中有具體描述：【https://www.zhihu.com/question/22077462】

ImageColor 模塊比較簡單，只提供了兩個常用方法，分別是 getrgb() 和 getcolor() 函數

2.2 getrgb

語法：

rgb = PIL.ImageColor.getrgb(color) # 得到顏色的 rgb 數值

color參數即可以是英文，也可以是HSL和HSB模式2.3

應用：

from PIL import Image, ImageColor

im = Image.new(mode="RGB", size=(100, 100), color=ImageColor.getrgb('HSL(0,100%,50%)'))
im.show()

2.3 getcolor

語法：

val = PIL.ImageColor.getcolor(color, mode)

參數：

• color：一個顏色名稱，字符串格式，可以是顏色的英文單詞，或者十六進制顏色名。如果是不支持的顏色，會報 ValueError 錯誤

• mode：指定色彩模式，如果是不支持的模式，會報 KeyError 錯誤

五、 ImageFont

1、 簡介

ImageFont模塊定義了相同名稱的類，即ImageFont類。這個類的實例存儲bitmap字體，用于ImageDraw類的text()方法

PIL使用自己的字體文件格式存儲bitmap字體。用戶可以使用pilfont工具包將BDF和PCF字體描述器（Xwindow字體格式）轉換為這種格式

2、 模塊函數

2.1 load

語法：

ft = PIL.ImageFont.load(font_file)

從指定的文件中加載一種字體 ，返回字體對象

2.2 load_path

語法：

ft = PIL.ImageFont.load_path(font_file)

和函數load()一樣，但是如果沒有指定當前路徑的話，會從sys.path開始查找指定的字體文件

2.3 truetype

語法：

ft = PIL.ImageFont.truetype(file, size[, encoding=None])

參數：

• file： 加載一個TrueType或者OpenType字體文件

• size： 為指定大小的字體創建了字體對象

• encoding：字體編碼，主要字體編碼有： “unic”（Unicode），“symb”（Microsoft Symbol），“ADOB”（Adobe Standard），“ADBE”（Adobe Expert）和“armn”（Apple Roman）

2.4 load_default

語法：

ft = PIL.ImageFont.load_default()

加載一個默認字體，返回一個字體對象

3、 模塊方法

3.1 getsize

語法：

size = ft.getsize(text)

返回給定文本的寬度和高度，返回值為2元組

3.2 getmask

語法：

obj = ft.getmask(text,mode=None) # 為給定的文本返回一個位圖。這個位圖是PIL內部存儲內存的實例

參數：

• text ：要渲染的文本。

• mode：某些圖形驅動程序使用它來指示驅動程序喜歡哪種模式；如果為空，渲染器可能返回任一模式。請注意，模式始終是字符串

六、 ImageDraw

1、 簡介

1.1 導入

ImageDraw 模塊也是 Pillow 庫的主要模塊之一，它能給圖像化圓弧，畫橫線，寫上文字等

導入：

from PIL import ImageDraw

實例化對象：

from PIL import Image, ImageDraw

im = Image.open("./a.jpg") # 創建 image 對象
draw = ImageDraw.Draw(im) # 實例化可以在指定圖像上畫圖的 Draw 對象

1.2 基本概念

• Coordinates

• 繪圖接口使用和PIL一樣的坐標系統，即（0，0）為左上角。

• Colours

• 為了指定顏色，用戶可以使用數字或者元組，對應用戶使用函數Image.new或者Image.putpixel。對于模式為“1”，“L”和“I”的圖像，使用整數。對于“RGB”圖像，使用整數組成的3元組。對于“F”圖像，使用整數或者浮點數。

• 對于調色板圖像（模式為“P”），使用整數作為顏色索引。在1.1.4及其以后，用戶也可以使用RGB 3元組或者顏色名稱。繪制層將自動分配顏色索引，只要用戶不繪制多于256種顏色。

• Colours Names

• A、 十六進制顏色說明符，定義為“#rgb”或者“#rrggbb”。例如，“#ff0000”表示純紅色。

• B、 RGB函數，定義為“rgb(red, green, blue)”，變量red、green、blue的取值為[0，255]之間的整數。另外，顏色值也可以為[0%，100%]之間的三個百分比。例如，“rgb(255, 0, 0)”和“rgb(100%, 0%, 0%)”都表示純紅色。

• C、 HSL（Hue-Saturation-Lightness）函數，定義為“hsl(hue,saturation%, lightness%)”，變量hue為[0，360]一個角度表示顏色（red=0， green=120， blue=240），變量saturation為[0%，100%]之間的一個值（gray=0%，full color=100%），變量lightness為[0%，100%]之間的一個值（black=0%， normal=50%， white=100%）。例如，“hsl(0,100%, 50%)”為純紅色。

• D、 通用HTML顏色名稱，ImageDraw模塊提供了140個標準顏色名稱，Xwindow系統和大多數web瀏覽器都支持這些顏色。顏色名稱對大小寫不敏感。例如，“red”和“Red”都表示純紅色。

• 在PIL 1.1.4及其以后的版本，用戶繪制“RGB”圖像時，可以使用字符串常量。PIL支持如下字符串格式：

• Fonts

• PIL可以使用bitmap字體或者OpenType/TrueType字體

2、 模塊函數

2.1 arc

語法：

draw.arc(xy, start, end, options)

在給定的區域內，在開始和結束角度之間繪制一條弧

options：可以有什么內容可以在源代碼中查看

2.2 bitmap

語法：

draw.bitmap(xy, bitmap, options) # options中可以添加 fill 覆蓋的顏色

在給定的區域里繪制變量bitmap所對應的位圖，非零部分使用變量options中fill的值來填充。變量bitmap位圖應該是一個有效的透明模板（模式為“1”）或者蒙版（模式為“L”或者“RGBA”）

變量xy是變量bitmap對應位圖起始的坐標值，而不是一個區域

這個方法與Image.paste(xy, color, bitmap)有相同的功能

2.3 chord

語法：

draw.chord(xy, start, end, options)

和方法arc()一樣，但是使用直線連接起始點

變量 options 的 outline 給定弦輪廓的顏色；fill 給定弦內部的顏色

2,4 ellipse

語法：

draw.ellipse(xy, options)

在給定的區域繪制一個橢圓形

變量 options 的 outline 給定弦輪廓的顏色；fill 給定弦內部的顏色

2.5 line

語法：

draw.line(xy, options)

在變量xy列表所表示的坐標之間畫線

xy里面至少有兩個坐標，坐標使用元組表示，存儲在一個列表里面[(x1, y1), (x2, y2)]

width指定寬度，fill 指定線的顏色

2.6 pieslice

語法：

draw.pieslice(xy, start, end, options)

和方法arc()一樣，但是在指定區域內結束點和中心點之間繪制直線

2.7 point

語法：

draw.point(xy, options)

在指定位置畫一個只占一個像素的小點

2.8 polygon

語法：

draw.polygon(xy, options)

繪制一個多邊形

多邊形輪廓由給定坐標之間的直線組成，在最后一個坐標和第一個坐標間增加了一條直線，形成多邊形

坐標列表是包含2元組[(x,y),…]或者數字[x,y,…]的任何序列對象，它最少包括3個坐標值

變量options的fill給定多邊形內部的顏色

2.9 rectangle

語法：

draw.rectangle(xy, options)

繪制一個長邊形

變量xy是包含2元組[(x,y),…]或者數字[x,y,…]的任何序列對象，它應該包括2個坐標值

注意：當長方形沒有沒有被填充時，第二個坐標對定義了一個長方形外面的點

變量options的fill給定長邊形內部的顏色

2.10 text

語法：

draw.text(xy, string, options)

在給定的位置繪制一個字符串。變量xy給出了文本的左上角的位置

變量option的 font 用于指定所用字體。它應該是類ImangFont的一個實例，使用ImageFont模塊的load()方法從文件中加載的

變量options的fill給定文本的顏色

2.11 textsize

語法：

draw.textsize(string, options)

返回給定字符串的大小，以像素為單位

變量option的 font 用于指定所用字體。它應該是類ImangFont的一個實例，使用ImageFont模塊的load()方法從文件中加載的

七、 Image與Numpy

from PIL import Image
import numpy as np

im = Image.open("./a.jpg")
print(np.asarray(im)) # 三維數組
na = np.asarray(im) # 將圖片轉換為數組
na[0][0][0] = 0 # 修改數組的值
im_new = Image.fromarray(na) # 將數組轉換為圖片

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