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Python 细聊可以媲美 PS 的 PIL 图片处理库


1 . 前言

PIL 是 Python Image Library 的简称。

PIL 库中提供了诸多用来处理图片的模块,可以对图片做类似于 PS(Photoshop) 的编辑。比如:改变图像大小、旋转图像、图像格式转换,转换颜色通道,图像增强,直方图处理,插值和滤波等等。

PIL 是第三方库,使用之前需要先安装。

pip install pillow

2. 颜色模式

继续之前先解一个重要概念:颜色模式。

所谓颜色模式:指在计算机中如何模拟出现实世界中的各种颜色,或准确讲是一种颜色生成算法。

常用的颜色模式:

  • RGB: 基础理论就是对图片中的每一个像素点,按红 (Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三色系的不同分量组合出现实世界中的颜色。也可以说,我们在计算机上中所看到的 RGB 图片的颜色是由三色系分量组合而成。或称其有 3 个颜色通道。

    Tip: 我们在电脑中所看到的图片大多数都是像素图片,像素图片的特点就是整张图片由很多的像素点组成,每一个像素点有自己的颜色。

    在 RGB 颜色模式中,计算机为红色、绿色、蓝色分别分配 8 bit 的空间,也意味着红色、绿色、蓝色各自的分量变化是在 0~255(8bit 二进制换算成十进制度的最大值)之间。

    所以计算机使用 RGB 颜色模式最多可以模拟出 255X255X255 种颜色,这应该足够多了,已经可以让计算机显示出多彩斑斓的现实世界。

    Tip: RGBARGB 颜色模式的增加版。除了可以模拟颜色,还可以摸拟透明度。A 是 Alpha 的缩写,这是可以理解为透过或透明度的意思。

  • CMYK: C:Cyan = 青色,又称为‘天蓝色’或是‘湛蓝’;M:Magenta = 品红色,又称为‘洋红色’;Y:Yellow = 黄色;K:blacK=黑色。CMYK 往往用于模拟印刷制品颜色。多用于广告设计。

可以使用 PIL 库的 ImageColor 模块的 getColor( ) 方法获取一个颜色的不同颜色分量值。

from PIL import ImageColorred = ImageColor.getrgb("red")print(red)\'\'\'输出结果(255, 0, 0)\'\'\'

Tip: ImageColor 模块内部维护有一个字典。

getColor( ) 方法用使用者提供的颜色名字为键,在字典中查找到对应颜色,再转换成元组后返回。

colormap = {"aliceblue": "#f0f8ff","antiquewhite": "#faebd7","aqua": "#00ffff","aquamarine": "#7fffd4","azure": "#f0ffff","beige": "#f5f5dc","bisque": "#ffe4c4","black": "#000000","blanchedalmond": "#ffebcd",……}

3. 处理图片

处理图片,主要是使用 PIL 库的 Image 模块(也是核心模块)。在处理图片之前请提前准备 3 张图片(2 张 jpg 格式的图片,1 张 png 格式的图片)。

Tip: 为了方便操作,把图片存放到项目目录中,加载图片时使用相对路径描述。

这是一张名为 back_,jpg 的图片

这是一张名为 dog.jpg 的图片

这是一张名为 guo_ke.png 的图片

3.1 基本操作

  1. 打开图片: 处理图片之前,先要打开图片,可以使用 Image 模块中的 open( ) 方法 打开。此方法返回一个 PIL.Image.Image 类型的对象。

    Tip: 本文不刻意区分函数和方法的概念,统一称为方法。

# 原型def open(fp, mode="r", formats=None):……

open( ) 方法特点: open( ) 方法不会立即加载图片数据,只有在处理图片或调用图片的 load( ) 方法时才会加载。

from PIL import Image# open( ) 方法具有懒(延迟)加载的特性img = Image.open("back_.jpg")#立即加载图片数据img.load()

open( ) 方法参数说明:

  • fp: 设置要打开的图片文件。可以是字符串描述的文件名称、也可以是一个文件对象。
from PIL import Image# mode 必须是 "rb"file = open("dog.png", mode="rb")#文件对象作为参数img = Image.open(file)
  • mode: 对图片文件操作的模式,默认是 “r” 。如果设置,也只能是 "r"。
  • formats: 列表或元组类型,指定文件的打开格式,默认由方法自己判断。
  1. 图片的常规属性: 图片对象有几个常用的属性。
  • mode: 图片的颜色模式(RGB,CMYK,RGBA,L……)。不同颜色模式的图片其通道数量会有差异。

  • format: 图片的格式(PNG,JPEG,GIF……)。JPEG格式的图片没有 A 通道,所以 JPEG 图片是没有透明度信息的。PNG 图片有 A 通道,具有透明性。GIF 图片格式有帧的概念,一张 GIF 图片其实是由多张图片组成的,每一张图片为一帧。

  • size: 图片大小。在处理图片时,图片大小用 2 元组表示。

from PIL import Imageimg = Image.open("dog.jpg", mode="r")print("图片颜色模式:", img.mode)print("图片的格式:", img.format)print("图片的大小:", img.size)\'\'\'输出结果图片颜色模式: RGB图片的格式: JPEG图片的大小: (852, 639)\'\'\'
  1. 修改图片的属性

PIL.Image.Image 对象提供有方法用来修改图片的的属性,如改变大小、改变模式、改变格式。

修改图片的大小: 可使用图片对象的 resize( ) 方法修改图片的大小。此方法的参数必须是 2元组类型。*,返回一个图片副本。

Tip: 不是直接修改原图片的大小(原图片是以 r 模式打开的)。类似于按给定的大小在原图片做插值运算后重新生成一张图片。

# 返回一个新的 PIL.Image.Image 对象img=img.resize((300,300))

修改的图片的颜色模式: 可以使用图片对象的 conver( ) 方法修改图片模式 。可以取值范围: 1、L、P、RGB、RGBA、CMYK、YCbCr、I、F。返回的也是一个图片副本。

1 模式: 黑白图片模式,每一个像素只有黑或白两个颜色。

from PIL import Imageimg = Image.open("dog.jpg", mode="r")img1 = img.convert(\'1\')img.show()

L 模式: 生成灰度图片,每一个像素的颜色会重新按 L = R * 299/1000 + G * 587/1000 + B * 114/1000 进行换算。

Tip: 当像素点的 RGB 颜色分量相同时,组合出来的就是灰色。灰色系有 256 阶梯,从 0~255。0 表示黑色,255 表示白色,从0到255 颜色由黑逐渐转向白。(#000) 黑色,(#111、 # 222、 #333) ……逐渐到 (#FFF) 白色。灰度图片要比黑白图片的颜色层次丰富。

from PIL import Imageimg = Image.open("dog.jpg", mode="r")img = img.convert(\'L\')img.show()

当把 RGBA 模式转换成 RGB 模式时,只会获取其中的 RGB 颜色通道(舍弃透明信息)。当由 RGB 模式转换成 RGBA 模式时。会自动添加 A 通道,补值为 255。

from PIL import Imageimg = Image.open("dog.jpg", mode="r")print(img.mode)print(img.getpixel((1, 1)))img = img.convert("RGBA")# 使用 getpixel( ) 方法获取任意一点的颜色模式print(img.getpixel((1, 1)))print(img.mode)\'\'\'输出结果RGB(207, 209, 222)(207, 209, 222, 255)RGBA\'\'\'
  1. 保存图片。图片修改后可以使用 save( ) 方法对其保存。
def save(self, fp, format=None, **params):

save( ) 方法的参数说明:

  • fp: 字符串描述的文件名或一个文件对象。

  • format: 保存时指定图片的格式(JPG、PNG……)。如果省略此参数,则由文件的扩展名确定。如果 fp 是一个文件对象,此参数不能省略。

  • params: 扩展参数。

保存图片的副本:除了文件名不一样,其它数据信息都是相同。

from PIL import Imageimg = Image.open("dog.jpg")img.save("dog_01.jpg")

保存时修改图片格式:

from PIL import Image# 原图片格式为 jpgimg = Image.open("dog.jpg")print("dog.jpg图片的颜色模式:", img.mode)# 保存后图片的格式为 pngimg.save("dog_02.png")img = Image.open("dog_02.png")print("dog_02.png的颜色模式:", img.mode)\'\'\'输出结果dog.jpg图片的颜色模式: RGBdog_02.png的颜色模式: RGB\'\'\'

Tip: dog.jpg 图片是 RGB 模式,虽然在保存时指定 PNG 扩展名,但系统不会添加 A 通道, dog_02.png 图片的颜色模式还是 RGB 模式。

如下代码会抛异常:因为无法将 RGBA 模式的图片以 JPEG 格式保存

from PIL import Image# png 格式的图片有透明通道,其颜色模式是 RGBA.img = Image.open("guo_ke.png")print(img.mode)# jpg 格式的图片没有透明通道img.save("guo_ke.jpg")\'\'\'输出结果OSError: cannot write mode RGBA as JPEG\'\'\'

3.2 变形操作

变形操作包括对图片的旋转、裁剪、复制和粘贴一系列操作。

rotate( )方法: 此方法使用一个角度值旋转图片,返回图片副本

角度为正值时以逆时针方向旋转,负值向顺时针方向旋转.可以通过调整角度,让图片水平或垂直方向翻转。

from PIL import Imageimg = Image.open("dog.jpg")img=img.rotate(30)img.show()

默认情况下,图片旋转后的空白处填充黑色。可以使用 rotate( )方法 的 fillcolor 参数为图片旋转后留下的空白处指定填充颜色。

from PIL import Imageimg = Image.open("dog.jpg")img=img.rotate(-45,fillcolor="blue")img.show()

可以使用 rotate( )方法 的 center 参数调整图片的中心点的位置。

from PIL import Imageimg = Image.open("dog.jpg")img = img.rotate(45, fillcolor="blue", center=(20, 20))img.show()

crop( ) 方法: 裁剪图片,裁剪时需要在原图片中确定一个需要保留的矩形区域**。此方法返回一个图片副本。**

from PIL import Imageimg = Image.open("dog.jpg")# 4 元组,前 2 个数字 表示矩形的左上角,后 2 个数字 表示矩形的右下角img = img.crop((0, 0, 400, 400))img.show()

图片的坐标系,图片的最左上角为原点,水平向右为 X 正轴,垂直向下为 正轴.

​ 裁剪后的图片

copy( )方法: 复制图片,返回和原图片完全一样的图片副本。图片副本和原图片之间是完全独立的,修改其中的一张图片不会影响另一张图片。

paste( )方法: 粘贴图片,可以把一张图片粘贴到另一张图片上。如把小狗的图片粘贴到背景图片上。

def paste(self, im, box=None, mask=None):

参数说明:

  • im: 需要被粘贴的图片(这里是小狗图片)。
  • box: 图片被粘贴的位置。box 可以是一个 2 元组,这 2 个表示小狗图片的左上角在背景图片上的位置。如果是 4 元组,则被粘贴的图片(小狗图片)必须和 4 元组所描述的矩形区域的大小一样。
  • **mask:**遮罩图片,遮罩图片最好有透明性,如 PNG 图片。
from PIL import Image# 打开背景图片back_img = Image.open("back_.jpg")# 打开小狗图片dog_img = Image.open("dog.jpg")# 修改小狗的大小dog_img = dog_img.resize((180, 120))# 复制图片back_copy_img = back_img.copy()# (300,200) 或(300,200,480,320)back_copy_img.paste(dog_img, (300, 200))back_copy_img.show()

遮罩图片的使用,遮罩图片只能是 "1", "L" or "RGBA" 模式的图片,且遮罩图片和被粘贴的图片大小必须一样。

from PIL import Image# 打开背景图片back_img = Image.open("back_.jpg")# 打开小狗图片dog_img = Image.open("dog.jpg")# 修改小狗的大小dog_img = dog_img.resize((180, 120))# 复制图片back_copy_img = back_img.copy()# 遮罩图片 需要有透明度信息mask_img = Image.open("js.png")# 修改 遮罩图片 和 小狗图片一样大小mask_img = mask_img.resize((180, 120))# 粘贴back_copy_img.paste(dog_img, box=(300, 200, 480, 320), mask=mask_img)back_copy_img.show()

3.3 合并颜色通道

RGB颜色模式的图片有 3 个颜色通道,RGBA 颜色模式的图片有 3 个颜色通道另加 1 个透明度通道。可以使用 split( ) 方法 分离出图片的颜色通道,然后根据自己的需要再重新排列颜色通道得到不同效果的图片。

分离小狗图片的颜色通道,并重组颜色通道 。merge( ) 方法能通过指定的颜色通道创建一张新图片。

from PIL import Imagedog_img = Image.open("dog.jpg")# 分离颜色通道r, g, b = dog_img.split()# 打乱颜色通道得到新图片 蓝色通道和红色通道互换dog_img = Image.merge(dog_img.mode, (b, g, r))dog_img.show()

可以对分离出来的颜色通道进行单独修改修改,修改后再重组出新的图片。

from PIL import Imagedog_img = Image.open("dog.jpg")# 分离颜色通道r, g, b = dog_img.split()# 修改每一个颜色通道中的像素点的值r = r.point(lambda i: i + 10)g = r.point(lambda i: i * 0.6)b = b.point(lambda i: i + 100)dog_img = Image.merge(dog_img.mode, (r, g, b))dog_img.show()

下面的代码使用 getpixel( ) 方法通过给定的坐标值找到每一点的颜色模式。然后对每一个像素点的颜色模式进行重构。

from PIL import Imagedog_img = Image.open("dog.jpg")w, h = dog_img.sizefor i in range(w):for j in range(h):# 获取每一个像素点的颜色模式c = dog_img.getpixel((i, j))# 修改每一个像素点的颜色模式 红色加重,绿色减少。dog_img.putpixel((i, j), (c[0] + 100, c[1] - 20, c[2] + 30))dog_img.show()

重组不同图片中的颜色通道,要求所有图片的大小都一样。

from PIL import Imagedog_img = Image.open("dog.jpg")# 分离颜色通道r, g, b = dog_img.split()img1 = Image.open("guo_ke.png")#两张图片的大小一样img1=img1.resize(dog_img.size)# js.png 颜色模式是 rgbar1,g1,b1,a=img1.split()# 混合 两张图片的不同通道img=Image.merge("RGBA",(r1,g,b1,a))img.show()

3.4 滤镜和增加

可以像 PS 一样给图片添加滤镜,并且可以调整图片的对比度,色调……等信息。

ImageFilter 模块提供有各种滤镜对象,图片使用滤镜后会返回一个图片副本。

  • BLUR:模糊效果

  • CONTOUR:轮廓效果

  • DETAIL:细节效果

  • EDGR_ENHANCE:边界增强效果

  • EDGE_ENHANCE_MODE:阈值边界增强效果

  • EMBOSS:浮雕效果

  • FIND_EDGES:边界效果

  • SMOOTH:平滑效果

  • SMOOTH_MODE:阈值平滑效果

  • SHARPEN:锐化效果

给小狗图片添加滤镜效果:

from PIL import ImageFilterfrom PIL import Imagedog_img = Image.open("dog.jpg")# 浮雕效果dog_img = dog_img.filter(ImageFilter.EMBOSS)dog_img.show()

其它的效果大家可以自己试一试。

ImageEnhance 类提供有修改图片对比度,色调等信息的对象。这些对象都有一个 enhance(factor) 方法用来设置增强的强度。

  • Color(im):调整颜色平衡

  • Contrast(im):调整对比度

  • Brightness(im):调整亮度

  • Sharpness(im):调整锐度

增强图片的高度:

from PIL import ImageFilterfrom PIL import Imagefrom PIL import ImageEnhancedog_img = Image.open("dog.jpg")dog_img = dog_img.filter(ImageFilter.SHARPEN)# 构建 Brightness 对象dog_img=ImageEnhance.Brightness(dog_img)# 调用 Brightness 对象的enhance()设置增加的数值dog_img.enhance(2).show()

4 . 总结

本文介绍了 PIL 库的 ImageColor、Image、ImageFilter、ImageEnchance 模块。除此之外,PIL 中还有很多与图片处理相关的模块。使用这些模块,几乎可以完成 PS 中能完成的任务。

对于图片处理还有些高级应用,有时间再另开辟新文。

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