Python圖像處理庫PIL中圖像格式轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)

　　在數(shù)字圖像處理中，針對不同的圖像格式有其特定的處理算法。所以，在做圖像處理之前，我們需要考慮清楚自己要基于哪種格式的圖像進(jìn)行算法設(shè)計及其實現(xiàn)。本文基于這個需求，使用python中的圖像處理庫PIL來實現(xiàn)不同圖像格式的轉(zhuǎn)換。

　　對于彩色圖像，不管其圖像格式是PNG，還是BMP，或者JPG，在PIL中，使用Image模塊的open()函數(shù)打開后，返回的圖像對象的模式都是“RGB”。而對于灰度圖像，不管其圖像格式是PNG，還是BMP，或者JPG，打開后，其模式為“L”。

　　通過之前的博客對Image模塊的介紹，對于PNG、BMP和JPG彩色圖像格式之間的互相轉(zhuǎn)換都可以通過Image模塊的open()和save()函數(shù)來完成。具體說就是，在打開這些圖像時，PIL會將它們解碼為三通道的“RGB”圖像。用戶可以基于這個“RGB”圖像，對其進(jìn)行處理。處理完畢，使用函數(shù)save()，可以將處理結(jié)果保存成PNG、BMP和JPG中任何格式。這樣也就完成了幾種格式之間的轉(zhuǎn)換。同理，其他格式的彩色圖像也可以通過這種方式完成轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，對于不同格式的灰度圖像，也可通過類似途徑完成，只是PIL解碼后是模式為“L”的圖像。

　　這里，我想詳細(xì)介紹一下Image模塊的convert()函數(shù)，用于不同模式圖像之間的轉(zhuǎn)換。

Convert()函數(shù)有三種形式的定義，它們定義形式如下：

im.convert(mode)⇒image
im.convert(“P”, **options)⇒image
im.convert(mode, matrix)⇒image

使用不同的參數(shù)，將當(dāng)前的圖像轉(zhuǎn)換為新的模式，并產(chǎn)生新的圖像作為返回值。

本文我們采樣的圖片是lena的照片：

模式“1”：

>>> from PIL import Image
>>> lena = Image.open("lena.bmp")
>>> lena.mode
'RGB'
>>> lena.getpixel((0,0))
(226, 137, 125)
>>> lena_1 = lena.convert("1")
>>> lena_1.mode
'1'
>>> lena_1.size
(512, 512)
>>> lena_1.getpixel((0,0))
>>> lena_1.getpixel((10,10))
>>> lena_1.getpixel((10,120))
>>> lena_1.getpixel((130,120))
>>> lena_1.show()

結(jié)果：

模式“L”:

模式“L”為灰色圖像，它的每個像素用8個bit表示，0表示黑，255表示白，其他數(shù)字表示不同的灰度。在PIL中，從模式“RGB”轉(zhuǎn)換為“L”模式是按照下面的公式轉(zhuǎn)換的：

L = R * 299/1000 + G * 587/1000+ B * 114/1000

下面我們將lena圖像轉(zhuǎn)換為“L”圖像。

>>> lena_L = lena.convert("L")
>>> lena_L.mode
'L'
>>> lena_L.size
(512, 512)
>>> lena_L.getpixel((0,0))
>>> lena.getpixel((0,0))
(226, 137, 125)
>>> lena_L.show()
>>> lena_L.save("lena_l.bmp")
>>>

對于第一個像素點，原始圖像lena為(197, 111, 78)，其轉(zhuǎn)換為灰色值為：

197 *299/1000 + 111 * 587/1000 + 78 * 114/1000= 132.952，PIL中只取了整數(shù)部分，即為132。

轉(zhuǎn)換后的圖像lena_L如下：

模式P：

模式“P”為8位彩色圖像，它的每個像素用8個bit表示，其對應(yīng)的彩色值是按照調(diào)色板查詢出來的。

下面我們使用默認(rèn)的調(diào)色板將lena圖像轉(zhuǎn)換為“P”圖像。

example：

>>> lena_P = lena.convert("P")
>>> lena_P.mode
'P'
>>> lena_P.getpixel((0,0))

結(jié)果：

模式“RGBA”:

　　模式“RGBA”為32位彩色圖像，它的每個像素用32個bit表示，其中24bit表示紅色、綠色和藍(lán)色三個通道，另外8bit表示alpha通道，即透明通道。

下面我們將模式為“RGB”的lena圖像轉(zhuǎn)換為“RGBA”圖像。

>>> lena_rgba = lena.convert("RGBA")
>>> 
>>> 
>>> 
>>> lena_rgba.mode
'RGBA'
>>> lena_rgba.getpixel((0,0))
(226, 137, 125, 255)
>>> lena_rgba.getpixel((0,1))
(226, 137, 125, 255)
>>> lena_rgba.show()

模式“CMYK”:

　　模式“CMYK”為32位彩色圖像，它的每個像素用32個bit表示。模式“CMYK”就是印刷四分色模式，它是彩色印刷時采用的一種套色模式，利用色料的三原色混色原理，加上黑色油墨，共計四種顏色混合疊加，形成所謂“全彩印刷”。

四種標(biāo)準(zhǔn)顏色是：C：Cyan =青色，又稱為‘天藍(lán)色'或是‘湛藍(lán)'M：Magenta =品紅色，又稱為‘洋紅色'；Y：Yellow =黃色；K：Key Plate(blacK) =定位套版色（黑色）。

下面我們將模式為“RGB”的lena圖像轉(zhuǎn)換為“CMYK”圖像。

>>> lena_cmyk = lena.convert("CMYK")
>>> lena_cmyk.mode
'CMYK'
>>> lena_cmyk.getpixel((0,0))
(29, 118, 130, 0)
>>> lena_cmyk.getpixel((0,1))
(29, 118, 130, 0)
>>> lena_cmyk.show()

從實例中可以得知PIL中“RGB”轉(zhuǎn)換為“CMYK”的公式如下：

C = 255 - R
M = 255 - G
Y = 255 - B
K = 0

由于該轉(zhuǎn)換公式比較簡單，轉(zhuǎn)換后的圖像顏色有些失真。

轉(zhuǎn)換后的圖像lena_cmyk如下：

模式“YCbCr”:

　　模式“YCbCr”為24位彩色圖像，它的每個像素用24個bit表示。YCbCr其中Y是指亮度分量，Cb指藍(lán)色色度分量，而Cr指紅色色度分量。人的肉眼對視頻的Y分量更敏感，因此在通過對色度分量進(jìn)行子采樣來減少色度分量后，肉眼將察覺不到的圖像質(zhì)量的變化。

模式“RGB”轉(zhuǎn)換為“YCbCr”的公式如下：

Y= 0.257*R+0.504*G+0.098*B+16
Cb = -0.148*R-0.291*G+0.439*B+128
Cr = 0.439*R-0.368*G-0.071*B+128

下面我們將模式為“RGB”的lena圖像轉(zhuǎn)換為“YCbCr”圖像。

>>> lena_ycbcr = lena.convert("YCbCr")
>>> lena_ycbcr.mode
'YCbCr'
>>> lena_ycbcr.getpixel((0,0))
(162, 107, 173)
>>> lena.getpixel((0,0))
(226, 137, 125)
>>>

按照公式，Y =0.257*197+0.564*111+0.098*78+16= 136.877

Cb=-0.148*197-0.291*111+0.439*78+128= 100.785
Cr = 0.439*197-0.368*111-0.071*78+128 = 168.097

由此可見，PIL中并非按照這個公式進(jìn)行“RGB”到“YCbCr”的轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換后的圖像lena_ycbcr如下：

模式“I”

模式“I”為32位整型灰色圖像，它的每個像素用32個bit表示，0表示黑，255表示白，(0,255)之間的數(shù)字表示不同的灰度。在PIL中，從模式“RGB”轉(zhuǎn)換為“I”模式是按照下面的公式轉(zhuǎn)換的：

I = R * 299/1000 + G * 587/1000 + B * 114/1000

下面我們將模式為“RGB”的lena圖像轉(zhuǎn)換為“I”圖像。

>>> lena_I = lena.convert("I")
>>> lena_I.mode
'I'
>>> lena_I.getpixel((0,0))
>>> lena_I.getpixel((0,1))
>>> lena_L = lena.convert("L")
>>> lena_L.getpixel((0,0))
>>> lena_L.getpixel((0,1))

從實驗的結(jié)果看，模式“I”與模式“L”的結(jié)果是完全一樣，只是模式“L”的像素是8bit，而模式“I”的像素是32bit?！?/p>

模式“F”

模式“F”為32位浮點灰色圖像，它的每個像素用32個bit表示，0表示黑，255表示白，(0,255)之間的數(shù)字表示不同的灰度。在PIL中，從模式“RGB”轉(zhuǎn)換為“F”模式是按照下面的公式轉(zhuǎn)換的：

F = R * 299/1000+ G * 587/1000 + B * 114/1000

下面我們將模式為“RGB”的lena圖像轉(zhuǎn)換為“F”圖像。

>>> lena_F = lena.convert("F")
>>> lena_F.mode
'F'
>>> lena_F.getpixel((0,0))
162.2429962158203
>>> lena_F.getpixel((0,1))
162.2429962158203
>>>

模式“F”與模式“L”的轉(zhuǎn)換公式是一樣的，都是RGB轉(zhuǎn)換為灰色值的公式，但模式“F”會保留小數(shù)部分，如實驗中的數(shù)據(jù).

以上就是Python圖像處理庫PIL中圖像格式轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于PIL 圖像格式轉(zhuǎn)換的資料請關(guān)注億速云其它相關(guān)文章！