Python图片处理之图片采样处理详解

一.图像采样处理原理

图像采样（image sampling）处理是将一幅连续图像在空间上分割成m×n个网格，每个网格用一个亮度值或灰度值来表示，其示意图如图9-1所示。

图像采样的间隔越大，所得图像像素数越少，空间分辨率越低，图像质量越差，甚至出现马赛克效应；相反，图像采样的间隔越小，所得图像像素数越多，空间分辨率越高，图像质量越好，但数据量会相应的增大。图9-2展示了不同采样间隔的“lena”图，其中图(a)为原始图像，图(b)为128×128的图像采样效果，图©为64×64的图像采样效果，图(d)为32×32的图像采样效果，图(e)为16×16的图像采样效果，图(f)为8×8的图像采样效果[1-3]。

二.图像采样实现

下面讲述python图像采样处理相关代码操作。其核心流程是建立一张临时图片，设置需要采样的区域大小（如16×16），接着循环遍历原始图像中所有像素点，采样区域内的像素点赋值相同（如左上角像素点的灰度值），最终实现图像采样处理。

# -*- coding: utf-8 -*-
# by：eastmount
import cv2  
import numpy as np  
import matplotlib.pyplot as plt

#读取原始图像
img = cv2.imread('lena-hd.png')

#获取图像高度和宽度
height = img.shape[0]
width = img.shape[1]

#采样转换成16*16区域
numheight = int(height/16)
numwidth = int(width/16)

#创建一幅图像
new_img = np.zeros((height, width, 3), np.uint8)

#图像循环采样16*16区域
for i in range(16):
    #获取y坐标
    y = i*numheight
    for j in range(16):
        #获取x坐标
        x = j*numwidth
        #获取填充颜色 左上角像素点
        b = img[y, x][0]
        g = img[y, x][1]
        r = img[y, x][2]
        
        #循环设置小区域采样
        for n in range(numheight):
            for m in range(numwidth):
                new_img[y+n, x+m][0] = np.uint8(b)
                new_img[y+n, x+m][1] = np.uint8(g)
                new_img[y+n, x+m][2] = np.uint8(r)
        
#显示图像
cv2.imshow("src", img)
cv2.imshow("sampling", new_img)

#等待显示
cv2.waitkey(0)
cv2.destroyallwindows()

其输出结果如图9-3所示，它将灰度图像采样成16×16的区域。

同样，可以对彩色图像进行采样处理，下面的代码将“小珞珞”的图像采样处理成8×8的马赛克区域。

# -*- coding: utf-8 -*-
# by：eastmount
import cv2  
import numpy as np  
import matplotlib.pyplot as plt

#读取原始图像
img = cv2.imread('luo.png')

#获取图像高度和宽度
height = img.shape[0]
width = img.shape[1]

#采样转换成8×8区域
numheight = int(height/8)
numwidth = int(width/8)

#创建一幅图像
new_img = np.zeros((height, width, 3), np.uint8)

#图像循环采样8*8区域
for i in range(8):
    #获取y坐标
    y = i*numheight
    for j in range(8):
        #获取x坐标
        x = j*numwidth
        #获取填充颜色 左上角像素点
        b = img[y, x][0]
        g = img[y, x][1]
        r = img[y, x][2]
        
        #循环设置小区域采样
        for n in range(numheight):
            for m in range(numwidth):
                new_img[y+n, x+m][0] = np.uint8(b)
                new_img[y+n, x+m][1] = np.uint8(g)
                new_img[y+n, x+m][2] = np.uint8(r)
        
#显示图像
cv2.imshow("src", img)
cv2.imshow("sampling", new_img)

#等待显示
cv2.waitkey(0)
cv2.destroyallwindows()

其输出结果如图9-4所示，它将彩色图像采样成8×8的区域。

但上述代码存在一个问题，当图像的长度和宽度不能被采样区域整除时，输出图像的最右边和最下边的区域没有被采样处理。这里推荐读者做个求余运算，将不能整除部分的区域也进行相应的采样处理。

三.图像局部采样处理

前面讲述的代码是对整幅图像进行采样处理，那么如何对图像的局部区域进行马赛克处理呢？下面的代码就实现了该功能。当鼠标按下时，它能够给鼠标拖动的区域打上马赛克，并按下“s”键保存图像至本地。

# -*- coding: utf-8 -*-
# by：eastmount
import cv2  
import numpy as np  
import matplotlib.pyplot as plt

#读取原始图像
im = cv2.imread('luo.png', 1)

#设置鼠标左键开启
en = false

#鼠标事件
def draw(event, x, y, flags, param):
    global en
    #鼠标左键按下开启en值
    if event==cv2.event_lbuttondown:
        en = true
    #鼠标左键按下并且移动
    elif event==cv2.event_mousemove and flags==cv2.event_lbuttondown:
        #调用函数打马赛克
        if en:
            drawmask(y,x)
        #鼠标左键弹起结束操作
        elif event==cv2.event_lbuttonup:
            en = false
          
#图像局部采样操作         
def drawmask(x, y, size=10):
    #size*size采样处理
    m = int(x / size * size)
    n = int(y / size * size)
    print(m, n)
    #10*10区域设置为同一像素值
    for i in range(size):
        for j in range(size):
            im[m+i][n+j] = im[m][n]

#打开对话框
cv2.namedwindow('image')

#调用draw函数设置鼠标操作
cv2.setmousecallback('image', draw)

#循环处理
while(1):
    cv2.imshow('image', im)
    #按esc键退出
    if cv2.waitkey(10)&0xff==27:
        break
    #按s键保存图片
    elif cv2.waitkey(10)&0xff==115:
        cv2.imwrite('sava.png', im)

#退出窗口
cv2.destroyallwindows()

其输出结果如图9-5所示，它将人物的脸部进行马赛克处理。

四.总结

本文主要讲解了图像的采样处理，从基本概念到操作，再到扩展进行全方位讲解，并且补充了局部马赛克采样处理案例。该部分的知识点能够将生活中的图像转换为数字图像，更好地为后续的图像处理提供帮助。

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