打基礎丨Python影象處理入門知識詳解
摘要：本文講解影象處理基礎知識和OpenCV入門函式。
本文分享自華為雲社群《[Python影象處理] 一.影象處理基礎知識及OpenCV入門函式》，作者： eastmount。
一.影象基礎知識
影象都是由畫素(pixel)構成的，即影象中的小方格，這些小方格都有一個明確的位置和被分配的色彩數值，而這些一小方格的顏色和位置就決定該影象所呈現出來的樣子。畫素是影象中的最小單位，每一個點陣影象包含了一定量的畫素，這些畫素決定影象在螢幕上所呈現的大小。
影象通常包括二值影象、灰度影象和彩色影象。
1.二值影象
二值影象中任何一個點非黑即白，要麼為白色（畫素為255），要麼為黑色（畫素為0）。將灰度影象轉換為二值影象的過程，常通過依次遍歷判斷實現，如果畫素>=127則設定為255，否則設定為0。
2.灰度影象
灰度影象除了黑和白，還有灰色，它把灰度劃分為256個不同的顏色，影象看著也更為清晰。將彩色影象轉換為灰度圖是影象處理的最基本預處理操作，通常包括下面幾種方法：
(1) 浮點演算法：Gray=R0.3+G0.59+B0.11
(2) 整數方法：Gray=(R30+G59+B11)/100
(3) 移位方法：Gray=(R28+G151+B77)>>8;
(4) 平均值法：Gray=（R+G+B）/3;(此程式採用演算法)
(5) 僅取綠色：Gray=G；
(6) 加權平均值演算法：根據光的亮度特性，公式: R=G=B=R0.299+G*0.587+B0.144
通過上述任一種方法求得Gray後，將原來的RGB(R,G,B)中的R,G,B統一用Gray替換，形成新的顏色RGB(Gray,Gray,Gray)，用它替換原來的RGB(R,G,B)就是灰度圖了。改變象素矩陣的RGB值，來達到彩色圖轉變為灰度圖。
3.彩色影象
彩色影象是RGB影象，RGB表示紅、綠、藍三原色，計算機裡所有顏色都是三原色不同比例組成的，即三色通道。
二.OpenCV讀寫影象
本文主要使用Python2.7和OpenCV進行講解，首先呼叫"pip install opencv-python"安裝OpenCV庫，如下圖所示：
1.讀入影象
OpenCV讀影象主要呼叫下面函式實現：
img = cv2.imread(檔名,[,引數]) 引數(1) cv2.IMREAD_UNCHANGED (影象不可變) 引數(2) cv2.IMREAD_GRAYSCALE (灰度影象) 引數(3) cv2.IMREAD_COLOR (讀入彩色影象) 引數(4) cv2.COLOR_BGR2RGB (影象通道BGR轉成RGB)
2.顯示影象
顯示影象呼叫函式如下：
cv2.imshow(視窗名, 影象名)
3.視窗等待
呼叫函式如下：
cv2.waitKey(delay)
鍵盤繫結函式，共一個引數，表示等待毫秒數，將等待特定的幾毫秒，看鍵盤是否有輸入，返回值為ASCII值。如果其引數為0，則表示無限期的等待鍵盤輸入；引數>0表示等待delay毫秒；引數<0表示等待鍵盤單擊。
4.刪除所有視窗
呼叫函式如下：
cv2.destroyAllWindows() 刪除所有視窗
cv2.destroyWindows() 刪除指定的視窗
5.寫入圖片
呼叫函式如下：
retval = cv2.imwrite(檔案地址, 檔名)
下面程式碼是讀入圖片並顯示儲存。
# -*- coding:utf-8 -*- import cv2 #讀取圖片 img = cv2.imread("test.jpg") #顯示影象 cv2.imshow("Demo", img) #等待顯示 cv2.waitKey(0) cv2.destroyAllWindows() #寫入影象 cv2.imwrite("testyxz.jpg", img)
輸出結果如下圖所示，並且在資料夾下儲存了一張名為“testyxz.jpg”的影象。
如果程式碼中沒有watiKey(0)函式，則執行結果如下圖所示：
同時，可以對程式碼進行升級，如下所示：
#無限期等待輸入 k=cv2.waitKey(0) #如果輸入ESC退出 if k==27: cv2.destroyAllWindows()
三.OpenCV畫素處理
1.讀取畫素
灰度影象直接返回灰度值，彩色影象則返回B、G、R三個分量。注意OpenCV讀取影象是BGR儲存顯示，需要轉換為RGB再進行影象處理。
灰度影象：返回值 = 影象(位置引數) eg: test=img[88,42] 彩色影象：返回值 = 影象[位置元素, 0 | 1 | 2 ] 獲取BGR三個通道畫素 eg: blue=img[88,142,0] green=img[88,142,1] red=img[88,142,2]
2.修改影象
修改影象如果是灰度影象則直接賦值新畫素即可，彩色影象依次給三個值賦值即可。
灰度影象： img[88,142] = 255 彩色影象： img[88,142, 0] = 255 img[88,142, 1] = 255 img[88,142, 2] = 255 彩色影象：方法二 img[88,142] = [255, 255, 255]
下面程式碼是獲取畫素及修改的操作。
# -*- coding:utf-8 -*- import cv2 #讀取圖片 img = cv2.imread("test.jpg", cv2.IMREAD_UNCHANGED) test = img[88,142] print test img[88,142] = [255, 255, 255] print test #分別獲取BGR通道畫素 blue = img[88,142,0] print blue green = img[88,142,1] print green red = img[88,142,2] print red #顯示影象 cv2.imshow("Demo", img) #等待顯示 cv2.waitKey(0) cv2.destroyAllWindows() #寫入影象 cv2.imwrite("testyxz.jpg", img)
輸出結果如下所示：
[158 107 64]
[255 255 255]
255
255
255
下面程式碼是將行為100到200、列150到250的畫素區域設定為白色。
# -*- coding:utf-8 -*- import cv2 #讀取圖片 img = cv2.imread("test.jpg", cv2.IMREAD_UNCHANGED) #該區域設定為白色 img[100:200, 150:250] = [255,255,255] #顯示影象 cv2.imshow("Demo", img) #等待顯示 cv2.waitKey(0) cv2.destroyAllWindows() #寫入影象 cv2.imwrite("testyxz.jpg", img)
執行結果如下圖所示：
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本文摘錄自eastmount X華為雲開發者社群聯合出品的電子書《從零到一 • Python影象處理及識別》。
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