计算机视觉——图像处理基础

1. PIL-Python图像库

1.1 图像灰度处理

代码实现

# -*- coding: utf-8 -*-
from PIL import Image
from pylab import *

# 添加中文字体支持
from matplotlib.font_manager import FontProperties
font = FontProperties(fname=r"c:\windows\fonts\SimSun.ttc", size=14)
figure()

pil_im = Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg')
gray()
subplot(121)
title(u'原图',fontproperties=font)
axis('off')
imshow(pil_im)

pil_im = Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg').convert('L')
subplot(122)
title(u'灰度图',fontproperties=font)
axis('off')
imshow(pil_im)

show()

运行结果

1.2 调整尺寸及旋转

调用resize()方法，对图片尺寸进行调整，元组中放置的便是你要调整尺寸的大小。
调用rotate()方法对图像进行旋转变换。

代码实现

# -*- coding: utf-8 -*-
from PIL import Image
from pylab import *

# 添加中文字体支持
from matplotlib.font_manager import FontProperties
font = FontProperties(fname=r"c:\windows\fonts\SimSun.ttc", size=14)
figure()

# 显示原图
pil_im = Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg')
print pil_im.mode, pil_im.size, pil_im.format
subplot(231)
title(u'原图', fontproperties=font)
axis('off')
imshow(pil_im)

# 显示灰度图
pil_im = Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg').convert('L')
gray()
subplot(232)
title(u'灰度图', fontproperties=font)
axis('off')
imshow(pil_im)

#拷贝粘贴区域
pil_im = Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg')
box = (100,100,400,400)
region = pil_im.crop(box)
region = region.transpose(Image.ROTATE_180)
pil_im.paste(region,box)
subplot(233)
title(u'拷贝粘贴区域', fontproperties=font)
axis('off')
imshow(pil_im)

# 缩略图
pil_im = Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg')
size = 128, 128
pil_im.thumbnail(size)
print pil_im.size
subplot(234)
title(u'缩略图', fontproperties=font)
axis('off')
imshow(pil_im)
pil_im.save('D:\\python\images\thumbnail.jpg') #保存缩略图

# 调整图像尺寸
pil_im = Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg')
pil_im = pil_im.resize(size)
print pil_im.size
subplot(235)
title(u'调整尺寸后的图像', fontproperties=font)
axis('off')
imshow(pil_im)

# 旋转图像45°
pil_im = Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg')
pil_im = pil_im.rotate(45)
subplot(236)
title(u'旋转45°后的图像', fontproperties=font)
axis('off')
imshow(pil_im)

show()

运行结果

2. Matplotlib库

当在处理数学及绘图或在图像上描点、画直线、曲线时，Matplotlib是一个很好的绘图库，它比PIL库提供了更有力的特性。

2.1 画图、描点和线

代码实现

# -*- coding: utf-8 -*-
from PIL import Image
from pylab import *

# 添加中文字体支持
from matplotlib.font_manager import FontProperties
font = FontProperties(fname=r"c:\windows\fonts\SimSun.ttc", size=14)

im = array(Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg'))
figure()

# 画有坐标轴的
subplot(121)
imshow(im)
x = [100, 100, 400, 400]
y = [200, 500, 200, 500]
plot(x, y, 'r*')
plot(x[:2], y[:2])
title(u'绘图: "empire.jpg"', fontproperties=font)

# 不显示坐标轴
subplot(122)
imshow(im)
x = [100, 100, 400, 400]
y = [200, 500, 200, 500]
plot(x, y, 'r*')
plot(x[:2], y[:2])
axis('off')  #显示坐标轴
title(u'绘图: "empire.jpg"', fontproperties=font)

show()

运行结果

2.2 图像轮廓和直方图

代码实现

 # -*- coding: utf-8 -*-
from PIL import Image
from pylab import *

# 添加中文字体支持
from matplotlib.font_manager import FontProperties
font = FontProperties(fname=r"c:\windows\fonts\SimSun.ttc", size=14)
im = array(Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg').convert('L'))  # 打开图像，并转成灰度图像

figure()
subplot(121)
gray()
contour(im, origin='image')
axis('equal')
axis('off')
title(u'图像轮廓', fontproperties=font)

subplot(122)
hist(im.flatten(), 128)
title(u'图像直方图', fontproperties=font)
plt.xlim([0,260])
plt.ylim([0,11000])

show()

运行结果

3. NumPy库

NumPy是Python一个流行的用于科学计算包。它包含了很多诸如矢量、矩阵、图像等其他非常有用的对象和线性代数函数。

3.1 灰度变换

代码实现

 # -*- coding: utf-8 -*-
from PIL import Image
from numpy import *
from pylab import *

im = array(Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg').convert('L'))
print int(im.min()), int(im.max())

im2 = 255 - im  # invert image
print int(im2.min()), int(im2.max())

im3 = (100.0/255) * im + 100  # clamp to interval 100...200
print int(im3.min()), int(im3.max())

im4 = 255.0 * (im/255.0)**2  # squared
print int(im4.min()), int(im4.max())

figure()
gray()
subplot(1, 3, 1)
imshow(im2)
axis('off')
title(r'$f(x)=255-x$')

subplot(1, 3, 2)
imshow(im3)
axis('off')
title(r'$f(x)=\frac{100}{255}x+100$')

subplot(1, 3, 3)
imshow(im4)
axis('off')
title(r'$f(x)=255(\frac{x}{255})^2$')
show()

运行结果

左边灰度变换函数采用的是f(x)=255-x,中间采用的是f(x)=(100/255)x+100,右边采用的是变换函数是f(x)=255(x/255)^2。

3.2 直方图均衡化

代码实现

# -*- coding: utf-8 -*-
from PIL import Image
from pylab import *
from PCV.tools import imtools

# 添加中文字体支持
from matplotlib.font_manager import FontProperties
font = FontProperties(fname=r"c:\windows\fonts\SimSun.ttc", size=14)

im = array(Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg').convert('L'))  # 打开图像，并转成灰度图像
#im = array(Image.open('../data/AquaTermi_lowcontrast.JPG').convert('L'))
im2, cdf = imtools.histeq(im)

figure()
subplot(2, 2, 1)
axis('off')
gray()
title(u'原始图像', fontproperties=font)
imshow(im)

subplot(2, 2, 2)
axis('off')
title(u'直方图均衡化后的图像', fontproperties=font)
imshow(im2)

subplot(2, 2, 3)
axis('off')
title(u'原始直方图', fontproperties=font)
#hist(im.flatten(), 128, cumulative=True, normed=True)
hist(im.flatten(), 128, normed=True)

subplot(2, 2, 4)
axis('off')
title(u'均衡化后的直方图', fontproperties=font)
#hist(im2.flatten(), 128, cumulative=True, normed=True)
hist(im2.flatten(), 128, normed=True)

show()

运行结果

4. SciPy模块

SciPy是一个开源的数学工具包，它是建立在NumPy的基础上的。它提供了很多有效的常规操作，包括数值综合、最优化、统计、信号处理以及图像处理。正如接下来所展示的，SciPy库包含了很多有用的模块。

4.1 高斯模糊

高斯模糊可以用于定义图像尺度、计算兴趣点以及很多其他的应用场合。

代码实现

 # -*- coding: utf-8 -*-
from PIL import Image
from pylab import *
from scipy.ndimage import filters

# 添加中文字体支持
from matplotlib.font_manager import FontProperties
font = FontProperties(fname=r"c:\windows\fonts\SimSun.ttc", size=14)

#im = array(Image.open('board.jpeg'))
im = array(Image.open('D:\\python\pcv_data\data\empire.jpg').convert('L'))

figure()
gray()
axis('off')
subplot(1, 4, 1)
axis('off')
title(u'原图', fontproperties=font)
imshow(im)

for bi, blur in enumerate([2, 5, 10]):
  im2 = zeros(im.shape)
  im2 = filters.gaussian_filter(im, blur)
  im2 = np.uint8(im2)
  imNum=str(blur)
  subplot(1, 4, 2 + bi)
  axis('off')
  title(u'标准差为'+imNum, fontproperties=font)
  imshow(im2)

#如果是彩色图像，则分别对三个通道进行模糊
#for bi, blur in enumerate([2, 5, 10]):
#  im2 = zeros(im.shape)
#  for i in range(3):
#    im2[:, :, i] = filters.gaussian_filter(im[:, :, i], blur)
#  im2 = np.uint8(im2)
#  subplot(1, 4,  2 + bi)
#  axis('off')
#  imshow(im2)

show()

运行结果

第一幅图为待模糊图像，第二幅用高斯标准差为2进行模糊，第三幅用高斯标准差为5进行模糊，最后一幅用高斯标准差为10进行模糊。