簡單易懂常用的 Python 圖像處理庫

本文主要介紹了一些簡單易懂最常用的 Python 圖像處理庫。

當今世界充滿了各種數(shù)據(jù)，而圖像是其中高的重要組成部分。然而，若想其有所應(yīng)用，我們需要對這些圖像進行處理。圖像處理是分析和操縱數(shù)字圖像的過程，旨在提高其質(zhì)量或從中提取一些信息，然后將其用于某些方面。

圖像處理中的常見任務(wù)包括顯示圖像，基本操作（如裁剪、翻轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)等），圖像分割，分類和特征提取，圖像恢復(fù)和圖像識別等。Python 之成為圖像處理任務(wù)的最佳選擇，是因為這一科學編程語言日益普及，并且其自身免費提供許多最先進的圖像處理工具。

讓我們看一下用于圖像處理任務(wù)的一些常用 Python 庫。

#?1. scikit Image

scikit-image 是一個基于 numpy 數(shù)組的開源 Python 包。它實現(xiàn)了用于研究、教育和工業(yè)應(yīng)用的算法和實用程序。即使是對于那些剛接觸 Python 的人，它也是一個相當簡單的庫。此庫代碼質(zhì)量非常高并已經(jīng)過同行評審，是由一個活躍的志愿者社區(qū)編寫的。

用法舉例：圖像過濾、模版匹配

可使用“skimage”來導入該庫。大多數(shù)功能都能在子模塊中找到。

import?matplotlib.pyplot?as?plt%matplotlib?inlinefrom?skimage?import?data,filtersimage?=?data.coins()#?...?or?any?other?NumPy?array!edges?=?filters.sobel(image)plt.imshow(edges,?cmap='gray')

模版匹配（使用 match_template 函數(shù)）

#?2. Numpy

Numpy 是 Python 編程的核心庫之一，支持數(shù)組結(jié)構(gòu)。圖像本質(zhì)上是包含數(shù)據(jù)點像素的標準 Numpy 數(shù)組。因此，通過使用基本的 NumPy 操作——例如切片、脫敏和花式索引，可以修改圖像的像素值?？梢允褂?skimage 加載圖像并使用 matplotlib 顯示。

用法舉例：使用 Numpy 來對圖像進行脫敏處理

import?numpy?as?npfrom?skimage?import?dataimport?matplotlib.pyplot?as?plt%matplotlib?inlineimage?=?data.camera()type(image)numpy.ndarray?#Image?is?a?numpy?arraymask?=?image?

#?3. Scipy

scipy 是 Python 的另一個核心科學模塊，就像 Numpy 一樣，可用于基本的圖像處理和處理任務(wù)。值得一提的是，子模塊 scipy.ndimage 提供了在 n 維 NumPy 數(shù)組上運行的函數(shù)。該軟件包目前包括線性和非線性濾波、二進制形態(tài)、B 樣條插值和對象測量等功能。

用法舉例：使用 SciPy 的高斯濾波器對圖像進行模糊處理

from?scipy?import?misc,ndimageface?=?misc.face()blurred_face?=?ndimage.gaussian_filter(face,?sigma=3)very_blurred?=?ndimage.gaussian_filter(face,?sigma=5)#Resultsplt.imshow()

#?4. PIL/ Pillow

PIL (Python Imaging Library) 是一個免費的 Python 編程語言庫，它增加了對打開、處理和保存許多不同圖像文件格式的支持。然而，它的發(fā)展停滯不前，其最后一次更新還是在 2009 年。幸運的是， PIL 有一個正處于積極開發(fā)階段的分支 Pillow，它非常易于安裝。Pillow 能在所有主要操作系統(tǒng)上運行并支持 Python 3。該庫包含基本的圖像處理功能，包括點操作、使用一組內(nèi)置卷積內(nèi)核進行過濾以及顏色空間轉(zhuǎn)換。

用法舉例：使用 ImageFilter 增強 Pillow 中的圖像

from?PIL?import?Image,?ImageFilter#Read?imageim?=?Image.open(?'image.jpg'?)#Display?imageim.show()from?PIL?import?ImageEnhanceenh?=?ImageEnhance.Contrast(im)enh.enhance(1.8).show("30%?more?contrast")

#?5. OpenCV-Python

OpenCV（開源計算機視覺庫，Open Source Computer Vision Library）是計算機視覺應(yīng)用中使用最廣泛的庫之一。OpenCV-Python 是 OpenCV 的 python API。OpenCV-Python 不僅速度快（因為后臺由用 C / C ++ 編寫的代碼組成），也易于編碼和部署（由于前端的 Python 包裝器）。這使其成為執(zhí)行計算密集型計算機視覺程序的絕佳選擇。

用法舉例：使用 Pyramids 創(chuàng)建一個名為'Orapple'的新水果的功能

#?6.?SimpleCV

SimpleCV 也是用于構(gòu)建計算機視覺應(yīng)用程序的開源框架。通過它可以訪問如 OpenCV 等高性能的計算機視覺庫，而無需首先了解位深度、文件格式或色彩空間等。學習難度遠遠小于 OpenCV，并且正如他們的標語所說，“ 它使計算機視覺變得簡單 ”。支持 SimpleCV 的一些觀點是：

即使是初學者也可以編寫簡單的機器視覺測試

攝像機、視頻文件、圖像和視頻流都可以交互操作

用法舉例

Mahotas

Mahotas 是另一個用于 Python 的計算機視覺和圖像處理庫。它包含傳統(tǒng)的圖像處理功能（如濾波和形態(tài)學操作）以及用于特征計算的更現(xiàn)代的計算機視覺功能（包括興趣點檢測和局部描述符）。該接口使用 Python，適用于快速開發(fā)，但算法是用 C++ 實現(xiàn)的，并且針對速度進行了優(yōu)化。Mahotas 庫運行很快，它的代碼很簡單，（對其它庫的）依賴性也很小。建議閱讀他們的官方文檔以了解更多內(nèi)容。

用法舉例

Mahotas 庫使用簡單的代碼來完成工作。對于“ 尋找 Wally ”的問題，Mahotas 完成的得很好，而且代碼量非常小。

#?8. SimpleITK

ITK (Insight Segmentation and Registration Toolkit) 是一個開源的跨平臺系統(tǒng)，為開發(fā)人員提供了一整套用于圖像分析的軟件工具。其中， SimpleITK 是一個建立在 ITK 之上的簡化層，旨在促進其在快速原型設(shè)計、教育以及腳本語言中的使用。SimpleITK 是一個包含大量組件的圖像分析工具包，支持一般的過濾操作、圖像分割和配準。SimpleITK 本身是用 C++ 編寫的，但可用于包括 Python 在內(nèi)的大量編程語言。

這里有大量說明了如何使用 SimpleITK 進行教育和研究活動的 Jupyter notebook。notebook 中演示了如何使用 SimpleITK 進行使用 Python 和 R 編程語言的交互式圖像分析。

用法舉例

下面的動畫是使用 SimpleITK 和 Python 創(chuàng)建的可視化的嚴格 CT / MR 配準過程。

#?9. pgmagick

pgmagick 是 GraphicsMagick 庫基于 Python 的包裝器。GraphicsMagick 圖像處理系統(tǒng)有時被稱為圖像處理的瑞士軍刀。它提供了強大而高效的工具和庫集合，支持超過 88 種主要格式圖像的讀取、寫入和操作，包括 DPX，GIF，JPEG，JPEG-2000，PNG，PDF，PNM 和 TIFF 等重要格式。

用法舉例：縮放、邊緣提取