Python 進階必備:圖像庫 pillow

1. 關於 PIL 和 pillow 的關係PIL 是 Python Imaging Library 的簡寫，意為 Python 圖像庫。它不是 Python 的標準庫，但在很長一段時期內，PIL 幾乎就是 Python 的御用圖像庫。印象中大約是2015年前後（網上檢索不到這一段歷史），PIL 不再有更新，取而代之的，則是 PIL 的嫡傳分支 pillow —— 完全繼承了 PIL 的 API，且支持 py3 的圖像庫。儘管我們在提到圖像處理時經常會提到 PIL，但一般情況下是指 pillow。pillow 的官網寫著：If you have ever worried or wondered about the future of PIL, please stop.2. 模塊介紹pillow 庫提供了廣泛的文件格式支持、高效的內部表示和非常強大的圖像處理功能，包含了大約 25 個子模塊，其中的核心是 Image 模塊。Image 模塊是為了快速訪問以下幾種基本像素格式存儲的數據而設計的，為一般的圖像處理工具提供了一個堅實的基礎。下表是 pillow 庫中最常用的3個子模塊（圖像處理、編輯、截屏）和3個輔助模塊（過濾器、顏色、字體）。子模塊說明ImageImage模塊提供了一個同名的類，用來表示PIL圖像。該模塊還提供了許多工廠功能，包括從文件加載圖像和創建新圖像的功能。ImageDrawImageDraw模塊為圖像對象提供了簡單的2D圖形。您可以使用此模塊創建新圖像、注釋或修改現有圖像，以及動態生成圖形以供web使用。ImageGrabImageGrab模塊可用於將屏幕或剪貼板的內容複製到PIL圖像內存。ImageFilterImageFilter模塊包含一組預定義的濾鏡，可以與Image.filter()方法一起使用。ImageColorImageColor模塊包含顏色表和從css3風格的顏色說明符到RGB元組的轉換器。這個模塊由PIL.Image.new()和ImageDraw等模塊使用。ImageFontImageFont模塊定義了一個同名的類。該類的實例存儲位圖字體，並與PIL.ImageDraw.Draw.text()方法一起使用。

處理圖像需要理解圖像模式。所謂圖像模式就是把色彩分解成部分顏色組件，對顏色組件不同的分類就形成了不同的色彩模式，不同的色彩模式可以影響圖像的通道數目和文件大小。pillow 支持以下圖像模式：

圖像模式說明1黑白，每個像素用1位表示，但存儲時每個像素佔用1個字節L黑白，每個像素用1個字節表示P調色板映射，每個像素用1個字節表示RGB紅綠藍，3通道，每個像素用1個字節表示RGBA紅綠藍和透明，4通道，每個像素用1個字節表示CMYK顏色隔離模式，4通道，每個像素用1個字節表示YCbCr亮度藍色差紅色差，3通道，每個像素用1個字節表示I每個像素用4個字節整型表示F每個像素用4個字節浮點型表示3. 常用功能

在日常應用過程中，使用最多的是 pillow 提供的 Image 模塊，其提供了包括圖像存儲、變換以及一系列的相關處理功能。pillow 模塊中的 ImageDraw 類提供了一系列繪圖方法，ImageGrab 模塊則提供了將屏幕或剪貼板的內容複製到 PIL 圖像內存的功能。通常，使用下面的方法，導入 pillow 的一個或多個子模塊如下：

from PIL import Image, ImageDraw, ImageGrab 

假定我們需要的子模塊均已經導入，下面我們來演示一下這三個模塊的基本用法。

3.1 打開圖像文件

>>> im = Image.open(r'D:\CSDN\python_counselor.jpg')
>>> im.show() # show()方法會自動調用系統默認的圖像查看工具顯示圖像

>>> im = Image.open(r'D:\CSDN\python_counselor.jpg')
>>> im.save(r'D:\CSDN\python_counselor.bmp') # 讀出.jpg文件，可以直接保存為.bmp文件

3.3 創建空白圖像

>>> im = Image.new("RGBA", (320, 240), color=(0,255,255,128)) # 新建320x240的半透明青色背景的圖片
>>> im.show()

>>> im = Image.open(r'D:\CSDN\python_counselor.jpg')
>>> im.mode # 查看圖像模式
'RGB'
>>> im_gray = im.convert('L') # 將RGB彩色模式轉為灰度模式
>>> im_gray.show()

3.5 通道合併與拆分

>>> im = Image.open(r'D:\CSDN\Transp400.png')
>>> im.mode # # png格式的圖像有4個通道
'RGBA'
>>> im_rgb = im.convert('RGB') # 固然可以使用convert()將RGBA模式轉換為RGB模式
>>> r,g,b,a = im.split() # 還可以將RBGA圖像拆分成獨立的4個通道
>>> im_rgb = Image.merge("RGB",(r,g,b)) # 在按照需要合併成目標模式
>>> im_rgb.show()

>>> im_rgb = Image.merge("RGB",(b,g,r)) # 如果把紅藍通道交換，則會得到下圖的效果
>>> im_rgb.show()

>>> im = Image.open(r'D:\CSDN\Transp400.png')
>>> im.size # 查看圖像大小
(400, 400)
>>> im_100 = im.resize((100,100)) # 改變圖像大小（無需保持比例），返會新的Image對象
>>> im_100.size
(100, 100)
>>> im_100.show()
>>> im.thumbnail((128,128)) # 生成縮略圖，但不會返回新的Image對象，而是直接改變了原對象的大小
>>> im.show()

3.7 圖像旋轉

Image.rotate(angle, =0, expand=0, center=None, translate=None)

angle – 單位度（°），逆時針方向為正

resample – 可選的重採樣過濾器，選項：Image.NEAREST，Image.BILINEAR，Image.BICUBIC

expand – 可選的擴展標記。如果為真，則展開輸出圖像，使其足夠大以容納整個旋轉後的圖像。如果為假或省略，使輸出圖像的大小與輸入圖像相同。請注意，擴展標誌假定是圍繞中心旋轉的，沒有平移

center – 可選的旋轉中心（2元組），默認是圖像的中心

translate – 一個可選的旋轉後轉換（2元組）

>>> im = Image.open(r'D:\CSDN\Transp400.png')
>>> im_rotate = im.rotate(-50)
>>> im_rotate.show() # 下圖左是以圖片中心為基點順時針旋轉50度的效果
>>> im_rotate = im.rotate(-50, expand=True, center=(100,100), translate=(100,00))
>>> im_rotate.show() # 下圖右是以(100,100)為基點順時針旋轉50度後右移100像素的效果

>>> im_bg = Image.open(r'D:\CSDN\python_op.png')
>>> im_bg.size
(800, 404)
>>> im_bg.show()
>>> im = Image.open(r'D:\CSDN\Transp400.png')
>>> im.size
(400, 400)
>>> im_box = im.crop((50,50,250,250)) # 圖像裁切位置：左上(50,50)，右下(250，250)
>>> im_box.size
(200, 200)
>>> im_copy = im_box.copy() # 圖像複製
>>> im_bg.paste(im_copy, (400,0)) # 圖像粘貼，位置(400,0)
>>> im_bg.paste(im, (0,0)) # 圖像粘貼，位置(0,0)
>>> im_bg.show()

3.9 使用濾鏡ImageFilter模塊包含一組預定義的濾鏡，可以與Image.filter()方法一起使用。這些濾鏡包括：

BLUR

CONTOUR

DETAIL

EDGE_ENHANCE

EDGE_ENHANCE_MORE

EMBOSS

FIND_EDGES

SHARPEN

SMOOTH

SMOOTH_MORE

>>> im = Image.open(r'D:\CSDN\hello.jpg')
>>> im.show() # 下圖左上
>>> im.filter(ImageFilter.BLUR).show() # 下圖右上
>>> im.filter(ImageFilter.FIND_EDGES).show() # 下圖左下
>>> im.filter(ImageFilter.CONTOUR).show() # 下圖右下

>>> im_bg = Image.open(r'D:\CSDN\python_op.png')
>>> font = ImageFont.truetype("arial.ttf", 32)
>>> draw = ImageDraw.Draw(im_bg)
>>> draw.line((0, im.size[1], im.size[0], 0), fill=(255, 255, 255, 255)) # 繪製值線，[(x, y), (x, y), ...] or [x, y, x, y, ...]
>>> draw.arc([60,60,200,200], 0, 270, fill='red') # 繪製圓弧，box, start angle, end angle, fill color
>>> draw.rectangle([300,300,500,400], fill='red', outline='white') # 繪製矩形
>>> draw.point([60,60,62,60,64,60,66,60,68,60,70,60],fill='white') # 繪製點， [x, y, x, y, x, y]
>>> draw.text([400, 300], "Hello, world", font=font) # 繪製文字
>>> im_bg.show()

>>> im = ImageGrab.grab((1200,600,1920,1080)) # 截取屏幕範圍：左上角(1200,600)，右下角(1920,1080)
>>> im.show()