Python一些基本的圖像操作和處理總結
更新時間：2021年06月23日 16:19:42 作者：Eaton_chen
今天給大家?guī)淼氖顷P于Python的相關知識,文章圍繞著Python圖像操作和處理展開,文中有非常詳細的介紹及代碼示例,需要的朋友可以參考下
一、Python圖像處理PIL庫
1.1 轉換圖像格式
# PIL（Python Imaging Library）
from PIL import Image
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
# 讀取的是圖像，cv.imread讀取的是array，Image.open()顯示的圖像是RGB
pil_im=Image.open('pic/kobe_mamba.jpg')
subplot(121),plt.title('原圖'),axis('off')
imshow(pil_im)
pil_im_gray=pil_im.convert('L')
subplot(122),plt.title('灰度圖'),xticks(x,()),yticks(y,())
imshow(pil_im_gray)
# 轉換圖像格式 PIL中有九種不同模式。分別為1，L，P，RGB，RGBA，CMYK，YCbCr，I，F。
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from PIL import Image
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
pil_im=Image.open('pic/apple.jpg')
# 模式1 二值圖像
pil_im_binary=pil_im.convert('1')
subplot(231),plt.title('二值圖像'),axis('off'),imshow(pil_im_binary)
pil_im_binary.getpixel((10,10))
# 模式2 L = R * 299/1000 + G * 587/1000+ B * 114/1000 灰度模式 0表示黑，255表示白
# 模式3 P模式為8位彩色圖像,通過RGB調色
pil_im_p=pil_im.convert('P')
subplot(232),plt.title('調色P圖像'),axis('off'),imshow(pil_im_p)
# 模式4 模式“RGBA”為32位彩色圖像，它的每個像素用32個bit表示，其中24bit表示紅色、綠色和藍色三個通道，另外8bit（255）表示alpha通道，255表示不透明。
pil_im_RGBA=pil_im.convert('RGBA')
subplot(233),plt.title('RGBA圖像'),axis('off'),imshow(pil_im_RGBA)
# 模式5 CMYK 三原色+黑色，每個像素由32位表示
# C = 255 - R, M = 255 - G, Y = 255 - B, K = 0
pil_im_CMYK=pil_im.convert('CMYK')
subplot(234),plt.title('CMYK圖像'),axis('off'),imshow(pil_im_CMYK)
#模式6 YCbcr 24位bit表示 Y= 0.257*R+0.504*G+0.098*B+16 Cb = -0.148*R-0.291*G+0.439*B+128 Cr = 0.439*R-0.368*G-0.071*B+128
pil_im_YCbCr=pil_im.convert('YCbCr')
subplot(235),plt.title('YCbCr圖像'),axis('off'),imshow(pil_im_YCbCr)
# 模式7 I模式略 與L模式顯示相同 ，只不過是32bit
# 模式8 F模式略 像素保留小數，其余與L模式相同
1.2 縮略圖
# PIL（Python Imaging Library）
from PIL import Image
from pylab import *
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
pil_im=Image.open('pic/kobe_mamba.jpg')
# 創(chuàng)建縮略圖 且可以指定大小
pil_im.thumbnail((120,120))
plt.title('縮略圖'),xticks(x,()),yticks([])
imshow(pil_im)
1.3 復制、粘貼和旋轉、調整尺寸
# 元組坐標分別為（左、上、右、下），從而標出了一塊區(qū)域，相當于[100:400,100:400]
box=(100,100,400,400)
region=pil_im.crop(box)
# 旋轉180度
region=region.transpose(Image.ROTATE_180)
figure(figsize=(5,5))
plt.title('復制區(qū)域'),axis('off')
imshow(region)
#粘貼
pil_im=Image.open('pic/kobe_mamba.jpg')
pil_im.paste(region,box)
figure(figsize=(5,5))
plt.title('粘貼后的圖像'),axis('off')
imshow(pil_im)
# 調整尺寸和旋轉 resize 和 rotate 函數
out=pil_im.resize((128,128))
out=pil_im.rotate(45)
第二張圖是box旋轉了180度再粘貼的結果
二、Matoplotlib庫基礎學習
# 基本繪圖 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from numpy import pi from pylab import * x=np.linspace(-pi,pi,256) y,z=np.cos(x),np.sin(x) figure() plt.plot(x,y) figure() plt.plot(x,z) plt.show()
兩張繪圖
x=np.linspace(-pi,pi,256) y,z=np.cos(x),np.sin(x) plt.plot(x,y) plt.plot(x,z)
繪圖疊加
# 曲線顏色、標記、粗細 plot(x, y, color="blue", linewidth=1.0, linestyle=":") plot(x,z,'--r',linewidth=2.0)
# 離散取值 a=np.arange(13)*pi/12 b=cos(3*a) plot(a,b,'bo',markersize=3)
# 離散取值的屬性及用虛線相連 a=np.arange(13)*pi/12 b=cos(3*a) plot(a,b,'--rs',markeredgecolor='y',markerfacecolor='w')
# 設置坐標軸的范圍和記號 x=np.linspace(-pi,pi,256) y,z=np.cos(x),np.sin(x) xlim(-4,4) xticks(np.linspace(-4,4,10)) ylim(-1.0,1.0) yticks(np.linspace(-1.0,1.0,5)) plt.plot(x,y,'--r')
# 設置title與坐標軸的一些操作
# 設置中文
matplotlib.rcParams['axes.unicode_minus'] =False
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
x=np.linspace(-pi,pi,256)
y,z=np.cos(x),np.sin(x)
figure()
plt.plot(x,y)
axis('off')
figure()
plt.plot(x,z)
plt.xticks([])
plt.show()
# 設置title與坐標軸的一些操作
# 設置中文
matplotlib.rcParams['axes.unicode_minus'] =False
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
x=np.linspace(-pi,pi,256)
y,z=np.cos(x),np.sin(x)
figure()
plt.plot(x,y)
axis('off')
figure()
plt.plot(x,z)
plt.xticks([])
plt.show()
#設置坐標軸的標簽（多樣化） # xticks(locs, [labels], **kwargs) # Set locations and labels **kwargs是關鍵字參數 import calendar x = range(1,13,1) y = range(1,13,1) plt.plot(x,y) # 標簽手動設置（''，''，''，...）亦可 plt.xticks(x, calendar.month_name[1:13],color='m',rotation=45,fontsize=12,fontname='Arial') plt.show()
# 設置圖例
matplotlib.rcParams['axes.unicode_minus'] =False
plt.rcParams['font.sans-serif'] = ['SimHei']
a=np.arange(13)*pi/12
b=cos(3*a)
plt.plot(a,b,'--rs',markeredgecolor='y',markerfacecolor='w',label='cos的圖像')
xlabel('橫軸')
ylabel('縱軸')
plt.legend(loc='upper right')
plt.show()
# 子圖1
matplotlib.rcParams['axes.unicode_minus'] =False
x=np.linspace(-pi,pi,10)
y,z=np.cos(x),np.sin(x)
fig, (ax1 ,ax2) = plt.subplots(nrows=1, ncols=2, figsize=(8, 4))
ax1.plot(x,y),ax2.plot(x,z)
ax1.set_title('cos'),ax2.set_title('sin')
plt.show()
# 子圖2
matplotlib.rcParams['axes.unicode_minus'] =False
x=np.linspace(-pi,pi,10)
y,z=np.cos(x),np.sin(x)
figure(figsize=(10,5),dpi=80)
subplot(121),plt.plot(x,y),plt.title('cos')
subplot(122),plt.plot(x,z),plt.title('sin')
plt.show()
2.1 繪制實際圖像中的點和線
# 使用matplotlib連線
from PIL import Image
from pylab import *
# 讀取為列表，以便標記x、y的點？
im=array(Image.open('pic/kobe_mamba.jpg'))
imshow(im)
# 列表 包含四個點坐標
x=[100,100,400,400]
y=[200,500,200,500]
#紅色叉型標出
plot(x,y,'rx')
# 連接坐標的前兩個點的線 (100,200)與（100，500）
plot(x[:2],y[:2])
show()
2.2 圖像輪廓與直方圖
# contour 與 hist
# 繪制輪廓要將圖像先灰度化
from PIL import Image
from pylab import *
im=array(Image.open('pic/kobe_mamba.jpg').convert('L'))
figure()
#
gray()
# 繪制輪廓,且起始位置從左上角開始
contour(im,origin='image')
# 坐標軸均勻分布
axis('equal')
# 新圖像
figure()
hist(im.ravel(),256)
# hist的第二個參數指定小區(qū)間的個數，128個，即每個小區(qū)間灰度值跨度為2
figure()
hist(im.flatten(),128)
show()
三、Numpy庫基本學習
import numpy as np import math a=np.array(((1,2,3),(4,5,6)),dtype=float/complex) a
b=np.arange(15).reshape(3,5) b # 屬性 b.shape b.ndim b.dtype b.size b.itemsize
from numpy import pi np.linspace( 0, 2, 9 ) # 9 numbers from 0 to 2 array([ 0. , 0.25, 0.5 , 0.75, 1. , 1.25, 1.5 , 1.75, 2. ])
c=np.random.random((2,3)) c.max/min()
d=np.arange(12).reshape((3,4)) d.dtype.name # 每個col的sum print(d.sum(axis=0)) # 每行的累計和 print(d.cumsum(axis=1))
# 轉變數組類型
a=np.array(((1,2,3),(4,5,6)),'float32')
a=a.astype('int16')
a
# 索引和切片 a = np.arange(10)**3 # 0~9的立方 a[2:5] #a[2-4] # 令a[0,2,4]為-1000 a[:6:2] = -1000 # reverse a[ : :-1]
a = np.arange(12).reshape((3,4)) a[0:3,1] # 第2列 # or a[:,1] a[0:1,0:3]
# 變換為1維數組 a = np.arange(12).reshape((3,4)) a.ravel()
# 變換形狀 a = np.arange(12).reshape((3,4)) a.resize((6,2)) a
a = np.arange(12).reshape((3,4)) b=10*np.random.random((3,4)) # 豎著疊加 np.vstack((a,b)) # 橫著疊加 np.hstack((a,b))
x, y = np.ogrid[:3, :4] # 同樣可以設置步長 x, y = np.ogrid[0:3:1, 0:5:2] # 詢問,x>0的部分不變，其余賦值為2 np.where(x>0,x,2)
3.1 直方圖均衡化
# 解釋累加函數 import numpy as np a=[1,2,3,4,5,6,7] cdf=np.cumsum(a) cdf[-1] cdf=7*cdf/cdf[-1] cdf
28
# 直方圖均衡化
# bins 小區(qū)間的個數
def histeq(im,bins=256):
#返回兩個參數
imhist,bins=histogram(im.flatten(),bins)
# 累計分布函數，相當于cdf是一個列表
cdf=imhist.cumsum()
# cdf[-1]是列表的最后一個值，（0，255）
cdf=255*cdf/cdf[-1]
# 新的線性插值
im2=interp(im.flatten(),bins[:-1],cdf)
# 返回im2圖像大小與im相同
return im2.reshape(im.shape),cdf
# 直方圖先轉為灰度圖
im=array(Image.open('pic/kobe_mamba.jpg').convert('L'))
im2,cdf=histeq(im,256)
figure()
imshow(im2)
figure()
hist(im2.flatten(),256)
show()
3.2 圖像縮放
# 轉換為array
img = np.asarray(image)
# 轉換為Image
Image.fromarray(np.uint8(img))
# 圖像縮放函數
def imresize(im,sz):
# 將數組轉換為圖像
pil_im=Image.fromarray(np.uint8(im))
# 圖像轉換為數組
return np.array(pil_im.resize(sz))
imshow(imresize(Image.open('pic/kobe_mamba.jpg'),(128,128)))
3.3 圖像的主成分分析（PCA）
PCA（Principal Component Analysis，主成分分析）是一個非常有用的降維技巧。它可以在使用盡可能少維數的前提下，盡量多地保持訓練數據的信息，在此意義上是一個最佳技巧。即使是一幅 100×100 像素的小灰度圖像，也有 10 000 維，可以看成 10 000 維空間中的一個點。一兆像素的圖像具有百萬維。由于圖像具有很高的維數，在許多計算機視覺應用中，我們經常使用降維操作。PCA 產生的投影矩陣可以被視為將原始坐標變換到現有的坐標系，坐標系中的各個坐標按照重要性遞減排列。
為了對圖像數據進行 PCA 變換，圖像需要轉換成一維向量表示。我們可以使用 NumPy 類庫中的flatten() 方法進行變換。
將變平的圖像堆積起來，我們可以得到一個矩陣，矩陣的一行表示一幅圖像。在計算主方向之前，所有的行圖像按照平均圖像進行了中心化。我們通常使用 SVD（Singular Value Decomposition，奇異值分解）方法來計算主成分；但當矩陣的維數很大時，SVD 的計算非常慢，所以此時通常不使用 SVD 分解。
from PIL import Image
from numpy import *
def pca(X):
""" 主成分分析：
輸入：矩陣X ，其中該矩陣中存儲訓練數據，每一行為一條訓練數據
返回：投影矩陣（按照維度的重要性排序）、方差和均值"""
# 獲取維數
num_data,dim = X.shape
# 數據中心化
mean_X = X.mean(axis=0)
X = X - mean_X
if dim>num_data:
# PCA- 使用緊致技巧
M = dot(X,X.T) # 協(xié)方差矩陣
e,EV = linalg.eigh(M) # 特征值和特征向量
tmp = dot(X.T,EV).T # 這就是緊致技巧
V = tmp[::-1] # 由于最后的特征向量是我們所需要的，所以需要將其逆轉
S = sqrt(e)[::-1] # 由于特征值是按照遞增順序排列的，所以需要將其逆轉
for i in range(V.shape[1]):
V[:,i] /= S
else:
# PCA- 使用SVD 方法
U,S,V = linalg.svd(X)
V = V[:num_data] # 僅僅返回前nun_data 維的數據才合理
# 返回投影矩陣、方差和均值
return V,S,mean_X
四、Scipy
4.1 圖像模糊
# 圖像模糊
# Scipy 庫
from PIL import Image
from numpy import *
from scipy.ndimage import filters
im=array(Image.open('pic/building.tif').convert('L'))
# filters.gaussian_filter第二個參數是標準差
im2=filters.gaussian_filter(im,9)
imshow(im2)
from PIL import Image
# 彩色通道，三通道分別進行高斯濾波
im=array(Image.open('pic/landmark500x500.jpg'))
im2=np.zeros((im.shape))
for i in arange(3):
im2[:,:,i]=filters.gaussian_filter(im[:,:,i],2)
# 轉換為(0，255)，否則imshow顯示不出來
im2=uint8(im2)
figure(figsize=(5,5),dpi=80)
imshow(im2)
axis('off')
4.2 圖像導數
from PIL import Image
from numpy import *
from scipy.ndimage import filters
# filters.sobel(src,0/1,dst),0表示y方向的方向導數，1表示x方向的方向導數
figure()
im=array(Image.open('pic/building.tif'))
imshow(im)
imx=np.zeros(im.shape)
imy=np.zeros(im.shape)
filters.sobel(im,0,imy)
figure()
imx=uint8(imy)
imshow(imy)
figure()
filters.sobel(im,1,imx)
imy=uint8(imx)
imshow(imx)
figure()
mag=sqrt(imx**2+imy**2)
mag=uint8(mag)
imshow(mag)
show()
第二/三張圖是sobel算子在x/y方向的導數，第四張圖是兩個導數疊加成梯度。
4.3 形態(tài)學計數
# 形態(tài)學 對象計數
from scipy.ndimage import measurements,morphology
im=array(Image.open('pic/zhiwen.tif').convert('L'))
im2=np.zeros(im.shape)
im2=1*(im<128)
labels,nbr_objects=measurements.label(im2)
print(f"Number of objects is {nbr_objects}.")
labels=np.uint8(labels)
imshow(labels)
im_open=morphology.binary_opening(im2,ones((3,3)),1)
labels_open,nbr_objects_open=measurements.label(im_open)
print(f"Number of objects is {nbr_objects_open}.")
imshow(labels_open)
形態(tài)學計數使用label()函數，令圖像的灰度值為標簽，圖一找到了114個物體，圖二經過開操作，找到了17個物體。
到此這篇關于Python一些基本的圖像操作和處理總結的文章就介紹到這了,更多相關Python圖像操作和處理內容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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