Python影象處理庫PIL詳細使用說明

一、 簡介

1、 基本介紹

Pillow 是 Python 中較為基礎的影象處理庫，主要用於影象的基本處理，比如裁剪影象、調整影象大小和影象顏色處理等。與 Pillow 相比，OpenCV 和 Scikit-image 的功能更為豐富，所以使用起來也更為複雜，主要應用於機器視覺、影象分析等領域，比如眾所周知的“臉部辨識”應用 。

2、 特點

• 支援格式繁多

  Pillow 支援廣泛的影象格式，比如 "jpeg"，"png"，"bmp"，"gif"，"ppm"，"tiff" 等。同時，它也支援影象格式之間的相互轉換。總之， Pillow 幾乎能夠處理任何格式的影象

• 提供豐富的功能

  Pillow 提供了豐富的影象處理功能，可概括為兩個方面：

  • 影象歸檔
  • 影象處理

  影象歸檔，包括建立縮圖、生成預覽影象、影象批次處理等；而影象處理，則包括調整影象大小、裁剪影象、畫素點處理、新增濾鏡、影象顏色處理等

• 配合 GUI 工具使用

官方檔案：【https://www.osgeo.cn/pillow/reference/ImageFont.html】

3、 安裝

pip install pillow
導包
imoprt PIL

二、 Image 物件

1、 範例化物件

1.1 範例化

導包

from PIL import Image

使用 open 方法

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

fp：圖片路徑

使用 open 方法

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

引數說明如下：

• mode：影象模式，字串引數，比如 RGB（真彩影象）、L（灰度影象）、CMYK（色彩圖列印模式）等
• size：影象大小，元組引數（width, height）代表影象的畫素大小
• color：圖片顏色，預設值為 0 表示黑色，引數值支援（R,G,B）三元組數位格式、顏色的十六進位制值以及顏色英文單詞

1.2 影象模式

2、 物件屬性

import PIL.Image

im = PIL.Image.open(r"D:35005PicturesScreenshots微信圖片_20220302175157.jpg")
print(im.size) # 檢檢視片大小
print(im.readonly) # 檢視是否為唯讀，1為是，0為否
print(im.format) # 檢檢視片的格式
print(im.info) # 檢檢視片的相關資訊
print(im.mode) # 檢檢視片的模式

3、 格式轉換

3.1 save 方法

save 方法用於儲存 影象，當不指定檔案格式時，它會以預設的圖片格式來儲存；如果指定圖片格式，則會以指定的格式儲存圖片

語法：

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

引數說明如下：

• fp：圖片的儲存路徑，包含圖片的名稱，字串格式
• format：可選引數，可以指定圖片的格式

3.2 convert 方法

注意，並非所有的圖片格式都可以用 save() 方法轉換完成，比如將 PNG 格式的圖片儲存為 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於 PNG 和 JPG 影象模式不一致導致的。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() 方法可以實現影象模式的轉換。該函數提供了多個引數，比如 mode、matrix、dither 等，其中最關鍵的引數是 mode，其餘引數無須關心

語法：

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

引數：

• mode：指的是要轉換成的影象模式
• params：其他可選引數

4、 圖片縮放

在影象處理過程中經常會遇到縮小或放大影象的情況，Image 類提供的 resize() 方法能夠實現任意縮小和放大影象

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() # 縮放後的圖片

引數：

• size：元組引數 (width,height)，圖片縮放後的尺寸

• resample：可選引數，指影象重取樣濾波器，與 thumbnail() 的 resample 引數類似，預設為 Image.BICUBIC

• box：對指定圖片區域進行縮放，box 的引數值是長度為 4 的畫素座標元組，即 (左,上,右下)。注意，被指定的區域必須在原圖的範圍內，如果超出範圍就會報錯。當不傳該引數時，預設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)的影象區域

• reducing_gap：可選引數，浮點引數值，用於優化圖片的縮放效果，常用引數值有 3.0 和 5.0

5、 建立縮圖

縮圖指的是將原圖縮小至一個指定大小（size）的影象。通過建立縮圖可以使影象更易於展示和瀏覽

Image 物件提供了一個 thumbnail() 方法用來生影象的縮圖，等比縮放

語法：

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

引數：

• size：元組引數，指的是縮小後的影象大小
• resample：可選引數，指影象重取樣濾波器，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（下取樣過濾插值法），預設為 Image.BICUBIC

6、 影象分離與合併

影象（指數位影像）由許多畫素點組成，畫素是組成影象的基本單位，而每一個畫素點又可以使用不同的顏色，最終呈現出了絢麗多彩的影象 ，而影象的分離與合併，指的就是影象顏色的分離和合並

6.1 split 方法

im = PIL.Image.open(r"D:35005PicturesScreenshots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() 方法可以實現影象的合併操作。注意，影象合併，可以是單個影象合併，也可以合併兩個以上的影象

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

引數：

• mode：指定輸出圖片的模式
• bands：引數型別為元組或者列表序列，其元素值是組成影象的顏色通道，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)

引數：

• image1：圖片物件1
• image2：圖片物件2
• alpha：透明度 ，取值範圍為 0 到 1，當取值為 0 時，輸出影象相當於 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，才為兩個影象的中合。因此改值的大小決定了兩個影象的混合程度

7、 影象處理

7.1 影象裁剪

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

語法：

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

box 是一個有四個數位的元組引數 (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 座標和右下角 x，y 座標。預設 (0,0) 表示座標原點，寬度的方向為 x 軸，高度的方向為 y 軸，每個畫素點代表一個單位

7.2 拷貝和貼上

拷貝、貼上操作幾乎是成對出現的，Image 類提供了 copy() 和 paste() 方法來實現影象的複製和貼上

拷貝語法：

im_copy = im.copy() # 複製圖片

貼上語法：

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

引數：

• image：指被貼上的圖片
• box：指定圖片被貼上的位置或者區域，其引數值是長度為 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 則表示圖片貼上的區域，此時區域的大小必須要和被貼上的影象大小保持一致
• mask：可選引數，為圖片新增蒙版效果

注意：

• 貼上後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:35005PicturesScreenshots微信圖片_20220302175157.jpg")

# 複製一張圖片副本
im_copy = im.copy()

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

# 建立一個新的影象作為蒙版，L模式，單顏色值
image_new = Image.new('L', (200, 100), 200)

# 將裁剪後的副本貼上至副本影象上，並新增蒙版
im_copy.paste(im_crop, (100, 100, 300, 200), mask=image_new)

# 顯示貼上後的影象
im_copy.show()

8、幾何變化

影象的幾何變換主要包括影象翻轉、影象旋轉和影象變換操作，Image 類提供了處理這些操作的函數 transpose()、rotate() 和 transform()

8.1 transpose

該函數可以實現影象的垂直、水平翻轉

語法：

im_out = im.transpose(method) # 生成新的影象物件

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：影象逆時針旋轉 90 度
• Image.ROTATE_180：影象旋轉 180 度
• Image.ROTATE_270：影象旋轉 270 度
• Image.TRANSPOSE：影象轉置
• Image.TRANSVERSE：影象橫向翻轉

8.2 rotate

當我們想把影象旋轉任意角度時，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) # 返回影象物件

引數：

• angle：表示任意旋轉的角度
• resample：重取樣濾波器，預設為 PIL.Image.NEAREST 最近鄰插值方法
• expand：可選引數，表示是否對影象進行擴充套件，如果引數值為 True 則擴大輸出影象，如果為 False 或者省略，則表示按原影象大小輸出
• center：可選引數，指定旋轉中心，引數值是長度為 2 的元組，預設以影象中心進行旋轉
• translate：引數值為二元組，表示對旋轉後的影象進行平移，以左上角為原點；translate的引數值可以為負數
• fillcolor：可選引數，填充顏色，影象旋轉後，對影象之外的區域進行填充

8.3 transform

該函數能夠對影象進行變換操作，通過指定的變換方式，產生一張規定大小的新影象

語法：

im_out = im.transform(size, method, data=None, resample=0) # 返回影象物件

引數：

• 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：該引數用來給變換方式提供所需資料
• resample：影象重取樣濾波器，預設引數值為 PIL.Image.NEAREST

三、 ImageFilter

1、 簡介

隨著數位影像技術的不斷髮展，影象降噪方法也日趨成熟，通過某些演演算法來構造濾波器是影象降噪的主要方式。濾波器能夠有效抑制噪聲的產生，並且不影響被處理影象的形狀、大小以及原有的拓撲結構

Pillow 通過 ImageFilter 類達到影象降噪的目的，該類中整合了不同種類的濾波器，通過呼叫它們從而實現影象的平滑、銳化、邊界增強等影象降噪操作

2、 降噪處理

2.1 影象降噪濾波器

2.2 使用語法

語法：

im_ft = im.filter(filt_mode) # 返回影象物件，裡面傳入濾波器

範例：

from PIL import Image, ImageFilter

im = Image.open(r"D:35005PicturesScreenshots微信圖片_20220302175157.jpg")
im_ft = im.filter(ImageFilter.EMBOSS) # 新增浮雕濾波器
im_ft.show()

相當於PS裡面新增的濾鏡

四、 ImageColor

1、 簡介

Pillow 提供了顏色處理模組 ImageColor，該模組支援不同格式的顏色，比如 RGB 格式的顏色三元組、十六進位制的顏色名稱（#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 模組對顏色的大小寫並不敏感，比如 "Red" 也可以寫為 " red"

2、 顏色處理

2.1 顏色命名

ImageColor 支援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，取值範圍 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，連結中有具體描述：【https://www.zhihu.com/question/22077462】

ImageColor 模組比較簡單，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引數即可以是英文，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)

引數：

• color：一個顏色名稱，字串格式，可以是顏色的英文單詞，或者十六進位制顏色名。如果是不支援的顏色，會報 ValueError 錯誤
• mode：指定色彩模式，如果是不支援的模式，會報 KeyError 錯誤

五、 ImageFont

1、 簡介

ImageFont模組定義了相同名稱的類，即ImageFont類。這個類的範例儲存bitmap字型，用於ImageDraw類的text()方法

PIL使用自己的字型檔案格式儲存bitmap字型。使用者可以使用pilfont工具包將BDF和PCF字型描述器（Xwindow字型格式）轉換為這種格式

2、 模組函數

2.1 load

語法：

ft = PIL.ImageFont.load(font_file)

從指定的檔案中載入一種字型 ，返回字型物件

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開始查詢指定的字型檔案

2.3 truetype

語法：

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

引數：

• file： 載入一個TrueType或者OpenType字型檔案
• size： 為指定大小的字型建立了字型物件
• encoding：字型編碼，主要字型編碼有： “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()

載入一個預設字型，返回一個字型物件

3、 模組方法

3.1 getsize

語法：

size = ft.getsize(text)

返回給定文字的寬度和高度，返回值為2元組

3.2 getmask

語法：

obj = ft.getmask(text,mode=None) # 為給定的文字返回一個點陣圖。這個點陣圖是PIL內部儲存記憶體的範例

引數：

• text ：要渲染的文字。
• mode：某些圖形驅動程式使用它來指示驅動程式喜歡哪種模式；如果為空，渲染器可能返回任一模式。請注意，模式始終是字串

六、 ImageDraw

1、 簡介

1.1 匯入

ImageDraw 模組也是 Pillow 庫的主要模組之一，它能給影象化圓弧，畫橫線，寫上文字等

匯入：

from PIL import ImageDraw

範例化物件：

from PIL import Image, ImageDraw

im = Image.open("./a.jpg") # 建立 image 物件
draw = ImageDraw.Draw(im) # 範例化可以在指定影象上畫圖的 Draw 物件

1.2 基本概念

• Coordinates

  • 繪圖介面使用和PIL一樣的座標系統，即（0，0）為左上角。

• Colours

  • 為了指定顏色，使用者可以使用數位或者元組，對應使用者使用函數Image.new或者Image.putpixel。對於模式為“1”，“L”和“I”的影象，使用整數。對於“RGB”影象，使用整陣列成的3元組。對於“F”影象，使用整數或者浮點數。

  • 對於調色盤影象（模式為“P”），使用整數作為顏色索引。在1.1.4及其以後，使用者也可以使用RGB 3元組或者顏色名稱。繪製層將自動分配顏色索引，只要使用者不繪製多於256種顏色。

• Colours Names

  • 在PIL 1.1.4及其以後的版本，使用者繪製“RGB”影象時，可以使用字串常數。PIL支援如下字串格式：

    • A、 十六進位制顏色說明符，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)”，變數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%)”，變數hue為[0，360]一個角度表示顏色（red=0， green=120， blue=240），變數saturation為[0%，100%]之間的一個值（gray=0%，full color=100%），變數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模組提供了140個標準顏色名稱，Xwindow系統和大多數web瀏覽器都支援這些顏色。顏色名稱對大小寫不敏感。例如，“red”和“Red”都表示純紅色。

• Fonts

  • PIL可以使用bitmap字型或者OpenType/TrueType字型

2、 模組函數

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製一條弧

options：可以有什麼內容可以在原始碼中檢視

2.2 bitmap

語法：

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

在給定的區域裡繪製變數bitmap所對應的點陣圖，非零部分使用變數options中fill的值來填充。變數bitmap點陣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”）

變數xy是變數bitmap對應點陣圖起始的座標值，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，但是使用直線連線起始點

變數 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)

在給定的區域繪製一個橢圓形

變數 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)

在變數xy列表所表示的座標之間畫線

xy裡面至少有兩個座標，座標使用元組表示，儲存在一個列表裡面[(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製直線

2.7 point

語法：

draw.point(xy, options)

在指定位置畫一個只佔一個畫素的小點

2.8 polygon

語法：

draw.polygon(xy, options)

繪製一個多邊形

多邊形輪廓由給定座標之間的直線組成，在最後一個座標和第一個座標間增加了一條直線，形成多邊形

座標列表是包含2元組[(x,y),…]或者數位[x,y,…]的任何序列物件，它最少包括3個座標值

變數options的fill給定多邊形內部的顏色

2.9 rectangle

語法：

draw.rectangle(xy, options)

繪製一個長邊形

變數xy是包含2元組[(x,y),…]或者數位[x,y,…]的任何序列物件，它應該包括2個座標值

注意：當長方形沒有沒有被填充時，第二個座標對定義了一個長方形外面的點

變數options的fill給定長邊形內部的顏色

2.10 text

語法：

draw.text(xy, string, options)

在給定的位置繪製一個字串。變數xy給出了文字的左上角的位置

變數option的 font 用於指定所用字型。它應該是類ImangFont的一個範例，使用ImageFont模組的load()方法從檔案中載入的

變數options的fill給定文字的顏色

2.11 textsize

語法：

draw.textsize(string, options)

返回給定字串的大小，以畫素為單位

變數option的 font 用於指定所用字型。它應該是類ImangFont的一個範例，使用ImageFont模組的load()方法從檔案中載入的

七、 Image與Numpy

from PIL import Image
import numpy as np

im = Image.open("./a.jpg")
print(np.asarray(im)) # 三維陣列
na = np.asarray(im) # 將圖片轉換為陣列
na[0][0][0] = 0 # 修改陣列的值
im_new = Image.fromarray(na) # 將陣列轉換為圖片

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