以Python Imaging Library 进行影像资料处理PIL

 

1   影像与图形资料的处理

 

讨论图形(影像) 本身的处理，而讨论的内容将会集中在Python Imaging Library (PIL) 这一套程式库上。

PIL 是Python 下最有名的影像处理套件，由许多不同的模组所组成，并且提供了许多的处理功能，允许我们在简单的Python 程式里进行影像的处理。 使用像PIL 许样的程式库套件可以帮助我们把精力集中在影像处理的工作本身，避免迷失在底层的演算法里面。

由于影像处理牵涉到了大量的数学运算，因此PIL 中有许多的模组是用C 语言所写成的，以提升处理的效率。 不过，在使用的时候，我们当然不必在意这样的问题，只管放心地用就是了。

1.1   PIL 能为你作的事

PIL 具备(但不限于) 以下的能力：

• 数十种图档格式的读写能力。 常见的JPEG, PNG, BMP, GIF, TIFF 等格式，都在PIL 的支援之列。 另外，PIL 也支援黑白、灰阶、自订调色盘、RGB true color、带有透明属性的RBG true color、CMYK 及其它数种的影像模式。相当齐全。
• 基本的影像资料操作：裁切、平移、旋转、改变尺寸、调置(transpose)、剪下与贴上等等。
• 强化图形：亮度、色调、对比、锐利度。
• 色彩处理。
• PIL 提供十数种滤镜(filter)。 当然，这个数目远远不能与Photoshop® 或GIMP® 这样的专业特效处理软体相比；但PIL 提供的这些滤镜可以用在Python 程式里面，提供批次化处理的能力。
• PIL 可以在影像中绘图制点、线、面、几何形状、填满、文字等等。

接下来，我们开始一步一步地对Python/PIL 的影像处理程式设计进行讨论。

2   转换图档格式

市面上有许多影像处理程式，一般人最常用它们来处理的工作大概就是图档格式转换了；这是影像处理软体最基本的功能，PIL 当然也要支援。

假设我们有一个JPG档案，名字叫作 sample01.jpg，那么，以下的程式会把这个档案载入Python：

“”>“导入图像”>“”（在= Image.open“sample01.jpg”）

im 这个物件是由 Image.open() 方法所产生出来的 Image 物件。 我们可以用 Image 物件内的属性来查询关于此档案的资讯：

“”>“打印im.format，im.size，im.mode的JPEG（2288，1712）的RGB

格式字串放在 format 属性里，尺寸放在 size 属性里，而(调色盘)模式放在 mode 属性里。 从以上的执行结果，可以看出来我们读的确实是一个JPEG档案，档案的尺寸是2288像素宽、1712像素高，调色盘是RGB全彩模式。

既然我们已经把图档读入了Python，要处理它就简单了。 利用Image类别的 save() 方法，可以把档案储存成PIL支援的格式：

“”“im.save（”fileout.png“）

如果图档很大，这会花上一点时间。Image.save() 方法会根据欲存档的副档名，自动判断要存图档的格式(刚刚我们用的 open() 函式也会这样作)。

save() 可以指定存档格式。 在以下的例子里，我们把存档格式指定为JPEG：

“”“im.save（”fileout.png“，”JPEG格式“）

这时候副档名是无所谓的。

只处理一两个档案的时候，使用Python 直译器就相当合适。 然而若要处理一大群档案，譬如把一整个目录的JPEG 档转换为PNG 档，那么写成一个程式档会比较方便，例如：

＃！/ usr /斌/从来自世界os.path进口图像导入splitext世界jpglist =全球环境保护的python进口（“python_imaging_pix / *. [JJ] [页] [千兆]”）在jpglist JPG格式：即时=图像。开放（JPG格式）巴布亚新几内亚= splitext（JPG格式）[0] +“。巴布亚新几内亚”im.save（巴新）印刷巴新

只要在一个放了 *.jpg 或 *.JPG 档案的目录里面执行这个指令稿，它就会把所有的JPEG档转成PNG档案：

$。/ convertdir.py file0001.png file0002.png。。file9999.png

既然PIL 会从档名侦测常用的档案格式，存档时我们通常都不会指定存档格式。

然而，依据档案格式的不同，save() 方法提供了不同的选项参数。 以JPEG而言，它可以接受 quality (从1到100的整数，预设为75)、optimize (真假值)及 progression (真假值)。 在以下的例子里，我们以100的 quality 来储存JPEG档案：

“”“im.save（”quality100.jpg“，质量= 100）

要诀

PIL 也支援EPS (Encapsulate PostScript) 格式的写入。 TeX 的使用者可以利用PIL 来简单地把图档转成EPS 以供TeX compiler 使用。

3   改变影像与制作缩图

在了解了基本的图档转换之后，我们来看看如何对影像进行尺寸方面的修改。 PIL对 Image 物件提供了 resize 方法，以执行影像的缩放工作。 用我们的 sample01.jpg 档案来当例子：

“”“进出口= Image.open（sample01.jpg ")>>>印刷im.size（2288，1712）”“”宽度= 400“”“浮动的比例=（宽）/ im.size [0]” “”高度=廉政（im.size [1] *比率）“”“它im.resize =（（宽，高），Image.BILINEAR）”“>”打印nim.size（400，299）“”“它。储存（“resized.jpg）

然后我们就会得到比较小的 resized.jpg：

resize() 这个方法会传回一个新的Image物件，所以旧的Image不会被更动。resize() 接受两个参数，第一个用来指定变更后的大小，是一个双元素tuple，分别用以指定影像的宽与高；第二个参数可以省略，是用来指定变更时使用的内插法，预设是 Image.NEAREST (取最近点)，这里我们指定为品质比较好的 Image.BILINEAR。

resize() 可以把影像放大缩小，在使用时一定要传入宽与高。 上面的程式会先限定新影像的宽，再根据旧影像的长宽比例来算出新影像的高应该是多少，最后把尺寸值传入 resize() 去。 由此可知，resize() 是允许我们不等比例缩放的：

“”“宽度= 400”“”高度= 100“”“nim2 = im.resize（（宽，高），Image.BILINEAR）”“”nim2.save（“resize2wide.jpg”）

会得到形状奇怪的缩图：

我们可以任意改变新影像的尺寸值。

另一个常用的操作是旋转；rotate() 方法可以用来旋转影像。 它取两个参数，第一个参数是一个逆时针的度数，第二个参数则也是影像处理时的内插法，可省略：

“”“nim3 = nim.rotate（45岁，Image.BILINEAR）”“”nim3.save（“rotated.jpg”）

rotate() 并不会改变影像的尺寸(dimension)，所以你会看到：

出现了黑边。 如果我们想要连影像尺寸一起变动，得要改用 transpose() 方法：

“”“nim4 = nim.transpose（Image.ROTATE_90）”“”nim4.save（“transposed90.jpg”）

永恒的结果：

transpose() 方法接受 Image.FLIP_LEFT_RIGHT, Image.FLIP_TOP_DOWN, ROTATE_90, ROTATE_180, ROTATE_270 等五种参数；其中后三种的旋转均为逆时针。rotate() 方法会对像素资料进行内插；而 transpose() 则只是转置像素资料，所以没有内插参数可以设定，也不会影响影像的品质。

缩放与旋转是最常用的两个操作，而在其中，缩图的制作可能是特别常用的；PIL对缩图提供了一个方便的thumbnail() 方法。thumbnail() 会直接修改Image物件本身，所以速度能比 resize() 更快，也消耗更少的记忆体。 它不接受指定内插法的参数，而且只能缩小影像，不能放大影像；用法是：

（“”“进出口= Image.open”sample01.jpg ")>>> im.thumbnail（（400.100 ))>>> im.save（“thumbnail.jpg ")>>>打印im.size（133，100 ）

thumbnail() 在接受尺寸参数的时候，行为与 resize() 不同；resize() 允许我们不等比例进行缩放，但 thumbnail()只能进行等比例缩小，并且是以长、宽中比较小的那一个值为基准。 因此，上面的程式所作出的 thumbnail.jpg 变成了133*100的小图片：

有了这些操作，我们可以很轻易地执行影像管理的任务。

4   修改图形内容

除了可以针对图形的尺寸作变更之外，PIL 更提供我们变更影像内容的能力。 这样，我们就不只能对影像进行管理，而能更进一步地利用程式来把影像的内容改成我们想要的样子。

我们从「贴图」开始：

“”“Baseim = Image.open（”resized.jpg ")>>> floatim = Image.open（“thumbnail.jpg ")>>> baseim.paste（floatim，（150，50 ))>>> baseim。保存（“pasted.jpg”）

利用 paste() 方法，把之前作的 thumbnail.jpg 贴到 resized.jpg 里面去：

此种用法的 paste() 方法要求两个参数，第一是要贴上的Image，第二是要贴上的位置。 第二个参数有三种指定的方式：

• None：不指定位置与尺寸，那么 pasted() 会假设要贴上的Image与被贴上的Image的尺寸完全相同。
• (left, upper)：双元素tuple。pasted() 会把要贴上的Image的左上角对齐在指定的位置。
• (left, upper, right, lower)：四元素tuple。paste()` 除了会把Image的左上角对齐外，也会对齐右下角。 不过基本上这种写法和上面那一种一样，因为 paste() 要求要贴上的影像与这里指定的尺寸一致，所以不可能出现不同的两组right, lower。

除了「贴图」之外，我们还可以对影像的内容进行裁切：

“”“进出口= Image.open（sample01.jpg ")>>>它im.crop =（（700，300，1500，1300 ))>>> nim.thumbnail（（400.400 ))>>>它。保存（“croped.jpg）

(因为裁切之后的图形还是大了点，所以再缩图一次) 得到的结果是：

crop() 接受的 box 参数指定要裁切的左、上、右、下四个边界值，形成一个矩形。

除了剪贴之外，PIL还可以使用内建的滤镜(filter)作一些特效处理。 这些滤镜都放在 ImageFilter 模组里面，使用前要先汇入这个模组：

>>> import ImageFilter

我们用个例子，对刚刚裁切的"No Riding" 禁止牌作20 次blur (糊化)，来看看PIL 滤镜的效果：

“”“进出口= Image.open（croped.jpg ")>>>它=他们”“”在范围I（20）：它= nim.filter（ImageFilter.BLUR）...>>>它。保存（“blured.jpg）

你应该看不出来它是"No Riding" 了吧：

使用滤镜的基本语法是：

newim = im.filter（ImageFilter.FILTERNAME）

其中 FILTERNAME 是PIL中支援的滤镜名称，目前有：BLUR, CONTOUR, DETAIL, EDGE_ENHANCE, EDGE_ENHANCE_MORE, EMBOSS, FIND_EDGES, SMOOTH, SMOOTH_MORE, SHARPEN，此处就不一一介绍了，但建议你可以自己来把每一个滤镜都试试看。

利用滤镜，我们可以对同一类的影像进行相同的特效处理。 当然，影像特效需要很精细的调整，在自动化作业中通常只能达到很粗略的效果；但PIL 既然提供了，我们的自动程序就拥有更多的工具可以使用。

5 生产的新画滚动太平

除了对已存在的影像进行编修之外，从零开始建立新影像也是很重要的工作。 PIL中的 ImageDraw 模组提供给我们绘制影像内容的能力。 在使用 ImageDraw 之前，要先建立好空白的新影像：

“”>“导入ImageDraw”“在Image.new”=（为“RGB”，（400.300 ))>>>提请= ImageDraw.Draw（中）

最后建出来的 draw 是一个 ImageDraw 物件会提供各种绘制影像的方法。 针对几何图形，draw 物件提供 arc() (弧线)、chord() (弦)、line() (线段)、ellipse() (椭圆)、point() (点)、rectangle() (矩形)与 polygon () (多边形)。 不过，我们不准备讨论几何图形的绘制；相信这些方法的使用对一般人来说应该都很直觉才是。

要诀

你可以在指令行输入 pydoc ImageDraw.ImageDraw.<<methodname>> 来查询上述方法(<<methodname>>)的说明，譬如 pydoc ImageDraw.ImageDraw.line。

这里要介绍的不是几何图形，而是文字的绘制。 我们要再介绍一个模组：ImageFont，并且以实例来说明如何用PIL 「写字」：

“”>“导入图像，ImageDraw，ImageFont”“”字体= ImageFont.truetype（/ ...“/ usr /共享/ fonts /中的TrueType / freefont /”，24）“”“在Image.new FreeMono.ttf =（为“RGB”，（400.300 ))>>>提请= ImageDraw.Draw（中）“”“draw.text（（20.20），”文本“，字体=字体）”“”im.save（文本“。 JPG格式“）

这样就在一个黑色底图上用白笔写了"TEXT" 四个大字：

接着一一说明刚刚作的动作。 首先我们用 ImageFont 的 truetype() 函式建立了一个TrueType字型，大小设定为16点。truetype() 函式的第一个参数必须是字型档的搜寻路径，第二个参数是字型的点数。 然后依序建立影像物件与draw 物件。 写字的动作用 draw 物件的 text() 方法来完成，它接受两个参数，分别是文字的左上角点、字串，另外可以用 font 选项来指定所使用的字型(若不指定，便使用预设字型)。

在1.1.4 版之前，PIL 是只能使用点阵字型的。 现在PIL 加入了TrueType 向量字型的支援，对于要「写字」的人来说实在是一大福音。 对点阵字来说，想改变字型的大小得要更换字型才作得到，但TrueType 就没有这个限制。 如果我们想要写出两串不同大小的文字，这样作就可以了：

“”“Largefont = ImageFont.truetype（/ ...”/ usr /共享/ fonts /中的TrueType / freefont / FreeMono.ttf“，48）”“”smallfont ImageFont.truetype =（/ ...“/ usr /共享/ fonts /中的TrueType / freefont /“，24）”“”在Image.new =（“皇家植物园”（400.300 FreeMono.ttf ))>>>提请= ImageDraw.Draw（中）“”“draw.text（（ 20:20），“小文”字体= smallfont）“”“draw.text（（20.120），”大文字“，字体= largefont）”“”im.save（“multitext.jpg”）

秋之结果：

以上就是在PIL 里建立文字图形的方法。

最后，我们要说明如何改变绘制图形(文字)时的颜色；绘图时画笔的颜色是透过 draw 物件的 ink 属性来改变的：

“”“draw.ink = 0 + 255 * 256 + 0 * 256 * 256

以上会把画笔设成绿色。ink 值必须要是一个整数，其值由色彩的RGB值算出。 举几个 ink 值的例子：

• 红色的 ink 值应设为 255(R) + 0(G)*256 + 0(B)*256*256，
• 蓝色的 ink 值应设为 0(R) + 0(G)*256 + 255(B)*256*256，
• 靛色的 ink 值应设为 0(R) + 255(G)*256 + 255(B)*256*256

所设定的 ink 会影响所有后续的绘图动作。

6结论

本文介绍了方便好用的PIL 套件，可以让我们用Python 撰写影像处理的程式。 我们对图档的格式处理、尺寸处理以及内容的编修都作了讨论，最后也说明如何从零开始创作一个影像。

对网页程式来说，动态产生简单的影像是特别有用的功能，可以用来补足HTML 与CSS 的不足之处。 利用PIL 来执行批次影像处理的工作，更能省去我们许多的操作时间。 相信读者能从其中发现它所提供的生产力。

在下一期的内容里，我们要开始介绍Python 的网页程式设计。