Python 如何进行图像处理（OpenCV, PIL）

news2024/9/28 13:20:52

图像处理是计算机视觉的重要组成部分，它涉及对数字图像进行分析、修改和处理。在Python中，OpenCV和Pillow（PIL是Pillow的前身）是两个非常流行的图像处理库。

一、OpenCV简介

OpenCV（Open Source Computer Vision Library）是一个开源的计算机视觉和机器学习软件库。它提供了数百种用于图像和视频处理的函数。OpenCV使用C++语言编写，但提供了多种编程语言的绑定，其中Python绑定非常流行。

1.1 安装OpenCV

在Python中使用OpenCV，可以通过pip安装：

pip install opencv-python

1.2 基本操作

1.2.1 读取和显示图像

import cv2

# 读取图像
image = cv2.imread('path_to_image.jpg')

# 显示图像
cv2.imshow('Image', image)
cv2.waitKey(0)
cv2.destroyAllWindows()

在这个例子中，cv2.imread()函数用于读取图像，cv2.imshow()函数用于显示图像，cv2.waitKey(0)用于等待用户按键，cv2.destroyAllWindows()用于关闭所有窗口。

1.2.2 图像的基本属性

# 获取图像属性
height, width, channels = image.shape
print(f"高度: {height}, 宽度: {width}, 通道: {channels}")

image.shape返回图像的高度、宽度和通道数。

1.2.3 图像保存

cv2.imwrite('saved_image.jpg', image)

cv2.imwrite()函数用于保存图像。

1.3 图像处理操作

1.3.1 转换颜色空间

OpenCV提供了多种颜色空间转换的方法，常用的包括BGR到灰度（Grayscale）、BGR到HSV（Hue, Saturation, Value）等。

# BGR到灰度
gray_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
# BGR到HSV
hsv_image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2HSV)

1.3.2 图像的几何变换

几何变换包括缩放、旋转、平移等。

# 缩放
resized_image = cv2.resize(image, (width//2, height//2))

# 旋转
center = (width // 2, height // 2)
rotation_matrix = cv2.getRotationMatrix2D(center, 45, 1.0)
rotated_image = cv2.warpAffine(image, rotation_matrix, (width, height))

# 平移
M = np.float32([[1, 0, 50], [0, 1, 50]])
shifted_image = cv2.warpAffine(image, M, (width, height))

在这些操作中，cv2.resize()用于缩放，cv2.getRotationMatrix2D()和cv2.warpAffine()用于旋转，平移使用变换矩阵实现。

1.3.3 图像滤波

滤波是图像处理中常用的技术，用于平滑图像、增强边缘等。

# 高斯模糊
blurred_image = cv2.GaussianBlur(image, (5, 5), 0)

# 边缘检测
edges = cv2.Canny(image, 100, 200)

cv2.GaussianBlur()函数用于高斯模糊，cv2.Canny()函数用于Canny边缘检测。

1.3.4 形态学操作

形态学操作包括膨胀、腐蚀、开运算和闭运算等。

kernel = np.ones((5,5), np.uint8)

# 腐蚀
eroded_image = cv2.erode(image, kernel, iterations=1)

# 膨胀
dilated_image = cv2.dilate(image, kernel, iterations=1)

这些操作常用于去噪、填充或移除对象的细小缺陷。

二、Pillow简介

Pillow（PIL）是一个友好的Python图像处理库，支持打开、操作和保存多种格式的图像文件。它继承了PIL的优点，并且增加了一些新功能和修复了一些旧问题。

2.1 安装Pillow

使用pip安装Pillow：

pip install pillow

2.2 基本操作

2.2.1 读取和显示图像

from PIL import Image

# 读取图像
image = Image.open('path_to_image.jpg')

# 显示图像
image.show()

2.2.2 图像的基本属性

print(image.format, image.size, image.mode)

format是图像格式，size是图像的尺寸（宽度和高度），mode是图像的颜色模式（如RGB, L）。

2.2.3 图像保存

image.save('saved_image.jpg')

2.3 图像处理操作

2.3.1 转换颜色模式

# 转换为灰度图像
gray_image = image.convert('L')

2.3.2 图像的几何变换

# 缩放
resized_image = image.resize((width//2, height//2))

# 旋转
rotated_image = image.rotate(45)

# 翻转
flipped_image = image.transpose(Image.FLIP_LEFT_RIGHT)

Pillow的几何变换方法简单易用，可以实现图像的缩放、旋转和翻转等操作。

2.3.3 图像滤波

Pillow提供了多种滤波器，用于模糊、锐化等操作。

from PIL import ImageFilter

# 模糊滤波
blurred_image = image.filter(ImageFilter.BLUR)

# 边缘增强
edge_enhance_image = image.filter(ImageFilter.EDGE_ENHANCE)

2.3.4 图像绘制

Pillow还支持在图像上绘制形状、文本等。

from PIL import ImageDraw, ImageFont

# 创建一个绘图对象
draw = ImageDraw.Draw(image)

# 绘制矩形
draw.rectangle(((50, 50), (150, 150)), outline="red")

# 绘制文本
font = ImageFont.truetype("arial.ttf", 20)
draw.text((60, 60), "Hello", font=font, fill="blue")