Python 细聊一下可以媲美 PS 的 PIL 图片处理库

Posted 2022-03-12 一枚大果壳

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。

  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。

• 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 ImageColor

red = ImageColor.getrgb("red")
print(red)

输出结果
(255, 0, 0)

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）。

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。

# 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。

2. 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 Image
img = 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)

3. 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。

# 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 Image
img = 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。

from PIL import Image
img = 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 Image

img = 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

4. 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 Image
img = 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 jpg
img = 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 png
img.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: RGB
dog_02.png的颜色模式： RGB

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 Image
img = 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 Image
img = 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 Image
img = 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 Image
img = 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．

<img src="D:\\红泥巴\\我的文章\\image\\dogC.png" alt="dogC" style="zoom:33%;" />

​ 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 Image
dog_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 Image

dog_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 Image
dog_img = Image.open("dog.jpg")
w, h = dog_img.size
for 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 Image
dog_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 rgba
r1,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 ImageFilter
from PIL import Image
dog_img = Image.open("dog.jpg")
# 浮雕效果
dog_img = dog_img.filter(ImageFilter.EMBOSS)
dog_img.show()

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 ImageFilter
from PIL import Image
from PIL import ImageEnhance

dog_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。