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Python在图像处理中的应用
资料介绍
Python是一种面向对象、直译式的计算机语言,虽然仅有十多年的发展历史,但是因其具有丰富和强大的库,成熟且稳定,具有一次编译,处处运行的通用特性,使用越来越广泛。本文针对数字图像处理的特点,利用Python语言,探究其在灰度变换、图像直方图、直方图均衡化、图像平均及高斯模糊中的应用,相比其他语言具有简单、快捷、易于学习的特性,并实例说明Python在图像处理中的技巧和方法。
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(完整内容请下载后查看)第
卷
第
期
北京测绘
32
3
Vol.32 No.3
ꢀ
ꢀ
年
月
ꢀꢀ
2018
3
Beiin Survein andMa in
j g y g
ꢀ pp g
ꢀ
March2018
ꢀ ꢀ
ꢀ
: , , ,
引文格式 韩晓冬 王浩森 王硕 等
[]
J .
,
():
20183 312317.
-
在图像处理中的应用
北京测绘
.Pthon
y
:
/
DOI10.19580 .cnki.10073000.2018.03.014
j
-
在图像处理中的应用
Pthon
y
韩晓冬 王浩森
ꢀ
王
硕
王建雯
王
杰
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
ꢀ
( ,
山东科技大学 测绘科学与工程学院 山东 青岛
)
266590
[
摘
] 、 , ,
是一种面向对象 直译式的计算机语言 虽然仅有十多年的发展历史 但是因其具有
Pthon
ꢀ y
要
ꢀ
, , , , 。
丰富和强大的库 成熟且稳定 具有一次编译 处处运行的通用特性 使用越来越广泛 本文针对数字图像处
,
理的特点 利用
, 、 、 、
语言 探究其在灰度变换 图像直方图 直方图均衡化 图像平均及高斯模糊中的应
Pthon
y
, 、 、 ,
用 相比其他语言具有简单 快捷 易于学习的特性 并实例说明
。
在图像处理中的技巧和方法
Pthon
y
[
关键词
]
; ;
语言 图像处理 直方图
Pthon
ꢀ y
[
]
ꢀ
[
]
ꢀ
[ ]
文章编号
ꢀꢀꢀ ꢀ
( )
中图分类号
文献标识码
P208
ꢀꢀꢀ
A
1007-3000201803-0312-6
,
高效地完成不同需求的工作 在某些项目中可实
引言
0
ꢀ
,
一样简便的操作 但又具有超快的
现与
Matlab
、
是一种面向对象 直译式的计算机语
Pthon
y
。
运 行 速 度 本 文 主 要 运 用
、
中 的
PIL
Pthon
y
, ,
言 虽然仅有十多年的发展历 史 但是因其 具有
、
MatlotlibSciP
p
。
等库进行数字图像处理操作
y
, ,
丰富和强大的库 成熟且稳 定 深受 广 大 程序 员
图像处理部分
1
ꢀ
。
喜爱 作为直译型语言它具 有 非 常 简 捷 而 清晰
, ,
的语法特点 不但适合完成 各 种 高难度 任 务 而
(
)
是 由
PIL PthonImae Librar
gꢀ y
Pthon
y
y
ꢀ
,
且几乎可以在所有的操作系统中运行 拥有一次
公司基于
库提供的免费的图像处
Pthon
y
Ware
, 。
编译 处处运行的通用特性 除此之外
,
Pthon
y
,
理工具包 安装 此 工具 包 可 以 使
拥 有一
Pthon
y
,
拥有非常强大的库 几乎包 罗 所 有 常见 的功 能
,
, : 、
些基本的图像处理能力 如 打开图像 改变图像
。
只需要简单修改即可满足 需求 因此 非 常适合
、 、 、 、
大小 图像格 式 转 换 旋 转 图 像 直 方 图 处理 图
[]
1
。
、 。
像增强 插值和滤波等 这个工具包上不但能实
作为科研工作者以及初学编程者使用
, 、 、 、
近年来 工业 航 空 航 天 军 事 医 学 等 领 域
现类似与 图 像 处理 工具 箱 那 样 复 杂
MATLAB
。
对图像处理的要求越来越 高 无 论 在 生 活还 是
,
的图像处理能 力 而 且
拥 有 的 快速开 发
Pthon
y
。
在工程 运 用 中 涉 及 的 图 像 大 多 数 是 数 字 图 像
能力以及面向对象等诸多特点也是其他 语 言 无
,
数字图像就是用一组数字阵列表示的图像 而这
,
法比拟的 并且
:
提供了丰富的功能模块
Im
PIL
-
,
组阵列的每个元素被称为像素 像素通过二进制
、
aeImaeDraw ImaeEnhance
gꢀ gꢀ
。
三 个 模 块
和
g
。
编码的方式表示图像中的 某 个 点 随 着 信 息 技
,
中重要的类之一 可以实现简单
PIL
类是
Imae
g
, ,
术的发展 图像越来越清晰 所 要处理的 图 像 数
、 、 、
的图像读取 旋转 格式转换 图像调整等基本操
, ,
据量也越多 处理的速度越 来 越 慢 因此选 择 数
。
作 下 面 将 介 绍
中 几 个 图 像 处 理 的 基 本
PIL
[]
2
。
、 ,
据处理速度快 程序编写简单 同 时 嵌 入 性语 言
方法
,
进行图像处理的开发 可以大大地提高处理的速
读取图像
1.1
ꢀ
,
度 因此
语言 是 比 较 符 合 要 求 的语 言 之
库 可 以 支持 大 多 数 图 像 数 据 格 式 的 读
PIL
Pthon
y
[]
1
。
,
除此 之 外 拥 有 大 量 优 秀 的 库 的
,
取 以莱娜图为示例读取数据图像
。
一
Pthon
y
:
可以使用
语言可以直接被调用或只需要简单修改就 可 以
[
]
ꢀ
收稿日期
20170531
- -
[
]
ꢀ
(
1963-
)
男
, ,
江苏泰县人 教授 主要研究方向为
.
、
理论及应用 测量数据处理
。
作者简介
韩晓冬
GNSS
:
Email591802873
-
.com
@qq
, ,
韩晓冬 王浩森 王硕 等
,
.Pthon
y
第
卷
第
期
在图像处理中的应用
313
32
3
ꢀ
图
1
ꢀ
,
度级的频率 绘制频率同灰度级的关系图就是灰
fromPILim ortImae
ꢀꢀ ꢀ ꢀ p ꢀ
g
(" :/ " ) ()
a=Imae.oen F lena.bm a.show
p p
度直方图也可以认为是图像灰度密度函 数的 近
g
,
若读取 一 幅 图 像 并 将 图 像 转 换 为 灰 度 图
, ,
似直方图 它是图像的一个 重 要 特征 反 映 了 图
,
像 可以使用
()
语句来实现
convert
。
。
像灰度分布的情况 一幅均 匀 量 化 的自 然 图像
(" :/ " )
a=Imae.oen F lena.bm .convert
p
,
的灰度直方图在低值灰度区间上频率较大 那么
g
p
(" " )
L
。
图像较暗区域中的细节较差 因 此 为 使图 像变
,
,
清晰 可 以 通 过 变 换 使 图 像 的 灰 度 动 态 范 围 变
语句可以用来调整一幅图像的尺寸
Resize
,
该方法 的 参 数 是 一 个 元 组 用 来 指 定 新 图 像 的
, ,
大 使灰度频率变化较小的 区域 经 变 换 后 其 频
:
,
率变大 因此变换后的图像灰度直方图在较大的
大小
(( ,
b=a.resize 720720
))
, ,
动态范围内趋于均化 图像 就 变 得相对 清晰 细
,
若要旋转一幅图像 则需要使用逆时针方式
。 ,
节明显 事实证明 利用图像直方图进行修改图
,
将图像旋转 然后再调用
()
语句实现
rotate
。
。
像是图像增强有效的方法之一 在
中图
Pthon
y
:
( )
a.rotate35 .show
()
()
,
2
方法
像的直方图可以采用
hist
函数进行绘制 图
。
,
是原始图像 图
。
图制作的灰度直方图
结果如上图 所示
1
图
为使用用
lena
1.1
、
为灰度图像 图
。
为旋转后裁剪的图像
1.2
1.3
除此之外
也 是 经 典 的 绘 图 库 之
Matlotlib
p
,
一 它提供一整套命令 使
,
Pthon
y
能实现
matlab
, ,
类似 的 功 能 也 可 以 将 其 作 为 绘 图 控 件 嵌 入
,
应用程序中 因此非常适合交互式制图
GUI
。
同
,
时它的帮 助 文 档 也 相 当 完 善 在 其 官 网
Galler
y
图 灰度直方图
2
ꢀ
, ,
页面中有上百幅实例图 以 供 参 考 学习 并 且 提
。
供源程序
、
在我们在 处 理 数 学 运 算 绘 制 图 表 时
灰度变换
1.3
ꢀ
Mat
-
(
图像 的 灰 度 变 换
Gra Scale Transforma
y
- ꢀ -
,
也是很好的类库 具有与
同样强大的
PIL
lotlib
p
, )
处理 是图 像 显 示 软 件 和 图 像 处理 软
tion GST
,
绘图功能 同时
中的
接口包含
P Lab
y
Matlotlib
p
,
件的重要组成部分 同样也是图像增强处理技术
[]
2
。
很多方便用户创建图像的函数
、
中一种非常基础 直接的空间 域 图 像 处理 方 法
。
图像的轮廓与灰度直方图
1.2
ꢀ
,
灰度变换是指根据某一具体限定目标条件 按一
绘制图像的 轮廓首先 将 图 像转 换 为 灰度 图
定变换关系将原图像逐点改变每一个像 素 灰度
,
像 然后需要对每个坐标
[ , ]
的像素值施加同
x
y
。
值的一种图像处理方法 其重要目的是为了改善
,
一个阈值 然后用
函数绘制出图像的轮
,
画质 使图像的显示效果更加清晰或满足某些特定
contour
[]
3
。
廓图
。
条件 灰度变换有时也被称为图像的对比度拉伸
[]
4
。
例如我们为显示出图像的某一
如果要反映 的 是 一 幅 图 像 中 各 灰 度 级像 素
和图像的增强
,
出现的频率 我们通常使用图像的灰度直方图表
,
细节部分或提高图像的清晰度 就需要将图像整个
范围的灰度级或某一段灰度级压缩或扩展到合适
, ,
示 当然也有彩色直方图 在 此 主要 介绍 灰度 直
[]
5
。
,
的范围 从而达到图像增强的目的
。 ,
方图 以灰度级为坐标轴的横坐标 纵坐标为灰
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