【Python】Pillow 库入门

1 Pillow简介

1.1 PIL和Pillow

PIL（ Python Imaging Library）是 Python 的第三方图像处理库，由于其功能丰富，API 简洁易用，因此深受好评。

自 2011 年以来，由于 PIL 库更新缓慢，目前仅支持 Python 2.7 版本，这明显无法满足 Python3 版本的使用需求。于是一群 Python 社区的志愿者（主要贡献者：Alex Clark 和 Contributors）在 PIL 库的基础上开发了一个支持 Python3 版本的图像处理库，它就是 Pillow。

Pillow 不仅是 PIL 库的“复制版”，而且它又在 PIL 库的基础上增加了许多新的特性。Pillow 发展至今，已经成为了比 PIL 更具活力的图像处理库。

Pillow 的初衷只是想作为 PIL 库的分支和补充，如今它已是“青出于蓝而胜于蓝”。

除了 PIL 和 Pillow 库之外，Python 还提供了一些其他图像处理库：

  • Scikit-image：一款基于 scipy 科学计算的图像处理软件包，以数组的形式对图像进行处理；
  • OpenCV：其实是一个 C++ 图像处理库，不过它提供了 Python 语言的接口。

Pillow 是 Python 中较为基础的图像处理库，主要用于图像的基本处理，比如裁剪图像、调整图像大小和图像颜色处理等。与 Pillow 相比，OpenCV 和 Scikit-image 的功能更为丰富，所以使用起来也更为复杂，主要应用于机器视觉、图像分析等领域，比如众所周知的“人脸识别”应用。

Pillow 库（有时也称 PIL 库） 是 Python 图像处理的基础库，它是一个免费开源的第三方库，Pillow 提供了非常强大的图像处理功能，它能够很轻松地完成一些图像处理任务。与 Python 的其他图像处理库相比（OpenCV、Scikit-image 等），Pillow 库简单易用，非常适合初学者学习。

Pillow 库提供了非常丰富的功能，主要有以下几点：

  • Pillow 库能够很轻松的读取和保存各种格式的图片；
  • Pillow 库提供了简洁易用的 API 接口，可以让您轻松地完成许多图像处理任务；
  • Pillow 库能够配合 GUI（图形用户界面） 软件包 Tkinter 一起使用；
  • Pillow 库中的 Image 对象能够与 NumPy ndarray 数组实现相互转换。

丰富功能的实现得益于 Pillow 提供了众多的模块。在 Pillow 库中有二十多个模块，比如 Image 图像处理模块、ImageFont 添加文本模块、ImageColor 颜色处理模块、ImageDraw 绘图模块等等，每个模块各自实现了不同的功能，同时模块之间又可以互相配合。（ 参考Python Pillow 官方文档：Pillow (PIL Fork) 10.1.0.dev0 documentation）

 1.2 Pillow版本支持

 Pillow 支持跨平台运行，比如 Windows、Linux、MacOS 等，其最新版本为 Pillow 8.3.2，该版本支持 Python 3.6 及以上的版本（推荐使用）。Pillow 与 Python 支持版本的对照表如下所示：

Python版本3.103.93.83.73.63.52.7
Pillow>=8.3.2支持支持支持支持支持
Pillow8.0-8.3.1支持支持支持支持
Pillow7.0-7.2支持支持支持支持
Pillow6.2.1-6.22支持支持支持支持支持
Pillow6..0-6.2.0支持支持支持支持

1.3 Pillow库特点

Pillow 库作为图像处理的常用库，主要有以下三大特点：

1) 支持广泛的文件格式

Pillow 支持广泛的图像格式，比如 "jpeg"，"png"，"bmp"，"gif"，"ppm"，"tiff" 等。同时，它也支持图像格式之间的相互转换。总之， Pillow 几乎能够处理任何格式的图像。 

2) 提供了丰富的功能

Pillow 提供了丰富的图像处理功能，可概括为两个方面：

  • 图像归档
  • 图像处理

图像归档，包括创建缩略图、生成预览图像、图像批量处理等；而图像处理，则包括调整图像大小、裁剪图像、像素点处理、添加滤镜、图像颜色处理等。

3) 配合GUI工具使用

Pillow 库可以配合 Python GUI（图形用户界面）工具 Tkinter 一起使用。

除上述特点之外，Pillow 库还能实现一些较为复杂的图像处理操作，比如给图像添加水印、合成 GIF 动态效果图等等。

2 Pillow下载与安装

Pillow 安装非常简单和方便，通过 Python 包管理器 pip 来安装即可，这种方法适用于任何平台。只需在命令行窗口中输入并执行以下命令即可：

pip install pillow

注意：PIL 库与 Pillow 库不允许在同一环境中共存，如果您之前安装了 PIL 库，请卸载后，再安装 Pillow。

 最后，在 CMD 命令行打开 Python 解释器交互环境，输入以下代码，验证 Pillow 是否安装成功。

# 导入Image类，该类是pillow中用于图像处理的重要类
from PIL import Image

如下所示，如果解释器没有返回错误，则证明已经安装成功。

 注意：这里使用 PIL 导入，但实际上使用的是 Pillow 库，这里的 PIL 可以看做是 Pillow 库的简称。

3 Pillow Image对象 

3.1 创建Image对象

Image 类是 Pillow 库中最为重要的类，该类被定义在和与其同名的 Image 模块中。

使用下列导包方式引入 Image 模块：

from PIL import Image

3.2 实例化Image对象

使用 Image 类可以实例化一个 Image 对象，通过调用该对象的一系列属性和方法对图像进行处理。Pilow 提供了两种创建 Image 实例对象的方法，下面对它们进行简单的介绍。

1）open() 

 使用 Image 类的 open() 方法，可以创建一个 Image 对象，语法格式如下：

image = Image.open(fp,mode="r")

参数说明：

  • fp：即 filepath 的缩写，表示文件路径，字符串格式；
  • mode：可选参数，若出现该参数，则必须设置为 "r"，否则会引发 ValueError 异常。

示例如下： 

# 导包
from PIL import Image
# 打开一个图片文件
image = Image.open("C:/Users/Lee/Desktop/美女01.jpg")
# 调用 show()方法，显示图像
image.show()

图像显示结果如下：

2）new()

 使用 Image 类提供的 new() 方法可以创建一个新的 Image 对象，语法格式如下:

image = Image.new(mode, size, color)

 参数说明如下：

  • mode：图像模式，字符串参数，比如 RGB（真彩图像）、L（灰度图像）、CMYK（色彩图打印模式）等；
  • size：图像大小，元组参数（width, height）代表图像的像素大小；
  • color：图片颜色，默认值为 0 表示黑色，参数值支持（R,G,B）三元组数字格式、颜色的十六进制值以及颜色英文单词。

示例如下：

image = Image.new(mode='RGB', size=(300, 200), color="green")
image.show()

 输出图像如下所示：

 

 3.3 Image对象属性

 Image 对象有一些常用的基本属性，这些属性能够帮助我们了解图片的基本信息，下面对这些属性做简单的介绍：

1) size：查看图像的尺寸
from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女01.jpg")
# 打印image对象
print(image)
# 通过size查看
print("图像的大小size:", image.size)
# 或者直接查看宽、高
print("宽是%s高是%s" % (image.width, image.height))

输出结果： 

<PIL.JpegImagePlugin.JpegImageFile image mode=RGB size=192x120 at 0x26B75C87310>
图像的大小size: (192, 120)
宽是192高是120
 2) format：查看图片的格式
from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女01.jpg")
print("图像的格式:", image.format)

输出结果：

图像的格式: JPEG
3) readonly：图片是否为只读
from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女01.jpg")
print("图像是否为只读:", image.readonly)

 该属性的返回为 0 或者 1，分别对应着是和否，输出结果如下：

图像是否为只读: 1
 4) info：查看图片相关信息
from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女01.jpg")
# 包括了每英寸像素点大小和截图软件信息
print("图像信息:", image.info)

该属性的返回值为字典格式，输出结果如下：

 图像信息: {'jfif': 257, 'jfif_version': (1, 1), 'dpi': (96, 96), 'jfif_unit': 1, 'jfif_density': (96, 96)}

 5) mode：图像模式
from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女01.jpg")
print("图像模式信息:", image.mode)

 输出结果：

图像模式信息: RGB

 上述涉及了许多图片模式的名称，比如 RGB、RGBA 等，下面对常用的图片模式做简单的总结，如下表所示：

图片模式
mode描述
11 位像素（取值范围 0-1），0表示黑，1 表示白，单色通道。
L8 位像素（取值范围 0 -255），灰度图，单色通道。
P8 位像素，使用调色板映射到任何其他模式，单色通道。
RGB3 x 8位像素，真彩色，三色通道，每个通道的取值范围 0-255。
RGBA4 x 8位像素，真彩色+透明通道，四色通道。
CMYK4 x 8位像素，四色通道，可以适应于打印图片。
YCbCr3 x 8位像素，彩色视频格式，三色通道。
LAB3 x 8位像素，L * a * b颜色空间，三色通道
HSV3 x 8位像素，色相，饱和度，值颜色空间，三色通道。
I32 位有符号整数像素，单色通道。
F32 位浮点像素，单色通道。

4 Pillow图片格式转换

 Pillow 库支持多种图片格式，您可以直接使用 open() 方法来读取图片，并且无须考虑图片是何种类型。同时，Pillow 能够很轻松地实现图片格式之间的转换。

图片格式之间的转换主要有以下两种方法，下面分别对它们进行了介绍：

 4.1 save()

 顾名思义，save() 方法用于保存图像，当不指定文件格式时，它会以默认的图片格式来存储；如果指定图片格式，则会以指定的格式存储图片。save() 的语法格式如下：

Image.save(fp, format=None)

 参数说明如下：

  • fp：图片的存储路径，包含图片的名称，字符串格式；
  • format：可选参数，可以指定图片的格式。

示例如下：

from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女01.jpg")
image.save('D:/users/Desktop/美女02.bmp')
image.save('D:/users/Desktop/美女03.png')

 此时在计算机指定的路径位置 “D:/users/Desktop/” 会多出两张图片：一个“美女02.bmp”格式和一个“美女03.png”格式的图片。

4.2 convert()+save()

注意！并非所有的图片格式都可以用 save() 方法转换完成，比如将 PNG 格式的图片保存为 JPG 格式，如果直接使用 save() 方法就会出现以下错误：

from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/城市01.png")
image.save('D:/users/Desktop/城市02.jpg')

错误信息如下所示：

# 系统错误，RGBA不能作为JPEG图片的模式
OSError: cannot write mode RGBA as JPEG

引发错误的原因是由于 PNG 和 JPG 图像模式不一致导致的。其中 PNG 是四通道 RGBA 模式，即红色、绿色、蓝色、Alpha 透明色；JPG 是三通道 RGB 模式。因此要想实现图片格式的转换，就要将 PNG 转变为三通道 RGB 模式。

Image 类提供的 convert() 方法可以实现图像模式的转换。该函数提供了多个参数，比如 mode、matrix、dither 等，其中最关键的参数是 mode，其余参数无须关心。语法格式如下：

convert(mode,parms**)

参数说明如下：

  • mode：指的是要转换成的图像模式；
  • params：其他可选参数。

修改后的代码如下所示：

from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/城市01.png")
# 此时返回一个新的image_1对象，转换图片模式
image_1 = image.convert('RGB')
# 调用save()保存
image_1.save('D:/users/Desktop/城市02.jpg')

通过以上代码，即可成功将 PNG 格式的图片转换为 JPG 格式。

5 Pillow图像缩放操作

5.1 自由缩放

在图像处理过程中经常会遇到缩小或放大图像的情况，Image 类提供的 resize() 方法能够实现任意缩小和放大图像。

resize() 函数的语法格式如下：

resize(size, resample=image.BICUBIC, box=None, reducing_gap=None)

参数说明：

  • size：元组参数 (width,height)，图片缩放后的尺寸；
  • resample：可选参数，指图像重采样滤波器，与 thumbnail() 的 resample 参数类似，默认为 Image.BICUBIC；
  • box：对指定图片区域进行缩放，box 的参数值是长度为 4 的像素坐标元组，即 (左,上,右,下)。注意，被指定的区域必须在原图的范围内，如果超出范围就会报错。当不传该参数时，默认对整个原图进行缩放；
  • reducing_gap：可选参数，浮点参数值，用于优化图片的缩放效果，常用参数值有 3.0 和 5.0。

注意：resize() 会返回一个新的 image 对象。下面是一组对图像进行放大操的示例：

from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女03.png")
try:
    # 放大图片
    image_1 = image.resize((576, 360))
    # 将新图像保存至桌面
    image_1.save("D:/users/Desktop/美女03放大图像.png")
    print("新图像的尺寸是：", image_1.size)
except IOError:
    print("放大图像失败!")

输出结果：

新图像的尺寸是：(576, 360)

放大后的图片效果。如下所示：

 对图片的局部位置进行放大，示例如下：

from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女03.png")
try:
    # 选择放大的局部位置，并选择图片重采样方式
    # box四元组指的是像素坐标 (左,上,右,下)
    # (0,0,120,180)，表示以原图的左上角为原点，选择宽和高分别是(192,120)的图像区域
    image_1 = image.resize((576, 360), resample=Image.LANCZOS, box=(0, 0, 96, 60))
    image_1.show()
    # 将局部放大的新图像保存至桌面
    image_1.save("D:/users/Desktop/美女03局部放大图像.png")
    print("新图像的尺寸是：", image_1.size)
except IOError:
    print("放大图像失败!")

输出结果：

新图像的尺寸是： (576, 360)

图片放大效果如下所示：

 5.2 创建缩略图

缩略图（thumbnail image）指的是将原图缩小至一个指定大小（size）的图像。通过创建缩略图可以使图像更易于展示和浏览。Image 对象提供了一个 thumbnail() 方法用来生图像的缩略图。

thumbnail() 函数的语法格式如下：

thumbnail(size,resample)

参数说明如下： 

  • size：元组参数，指的是缩小后的图像大小；
  • resample：可选参数，指图像重采样滤波器，有四种过滤方式，分别是 Image.BICUBIC（双立方插值法）、PIL.Image.NEAREST（最近邻插值法）、PIL.Image.BILINEAR（双线性插值法）、PIL.Image.LANCZOS（下采样过滤插值法），默认为 Image.BICUBIC。

使用示例如下：

from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女03.png")
image.thumbnail((96, 60))
print("缩略图尺寸：", image.size)
# 将缩略图保存至桌面
image.save("D:/users/Desktop/美女03缩略图.png")

输出结果： 

缩略图尺寸： (96, 60)

注意：缩略图的尺寸可能与您指定的尺寸不一致，这是因为 Pillow 会对原图像的长、宽进行等比例缩小，当指定的尺寸不符合图像的尺寸规格时，缩略图就会创建失败， 比如指定的尺寸超出了原图像的尺寸规格。

5.3 批量修改图片尺寸

在图像处理过程中，对于某些不需要精细处理的环节，我们往往采用批量处理方法，比如批量转换格式，批量修改尺寸，批量添加水印，批量创建缩略图等，这是一种提升工作效率的有效途径，它避免了单一、重复的操作。通过 Pillow 提供的 Image.resize() 方法可以批量地修改图片尺寸，下面看一组简单的示例。

首先找一些类型相同，但尺寸不一的图片，并把它们放入桌面的 OldImage 文件夹中。如下所示：

下面开始编写代码：

from PIL import Image
import os

# 指定 存放批量处理后的图片目录，如果目录不存在，则创建目录
if not os.path.exists('D:/users/Desktop/NewImage/'):
    os.mkdir('D:/users/Desktop/NewImage/')
# 设定统一的目标尺寸
width = 320
height = 320
# 读取待处理图片的目录
fileName = os.listdir('D:/users/Desktop/OldImage/')
print(fileName)
# 循环读取每一张图片
for img in fileName:
    old_image = Image.open('D:/users/Desktop/OldImage/' + img)
    new_image = old_image.resize((width, height), Image.BILINEAR)
    print(new_image)
    # 保存新图片到指定目录
    new_image.save('D:/users/Desktop/NewImage/' + img)

输出结果如下：

['98.jpg', 'hao.jpg', '古典美女.jpg', '小龙女.jpg', '旅行01.jpg', '画像.jpg']
<PIL.Image.Image image mode=RGB size=320x320 at 0x156D8807FD0>
<PIL.Image.Image image mode=RGB size=320x320 at 0x156D8807280>
<PIL.Image.Image image mode=RGB size=320x320 at 0x156D8807FA0>
<PIL.Image.Image image mode=RGB size=320x320 at 0x156D8807F40>
<PIL.Image.Image image mode=RGB size=320x320 at 0x156D8807F70>
<PIL.Image.Image image mode=RGB size=320x320 at 0x156D8807280>

NewImage 目录的内容如下：

 可以看到文件夹中的图片都被缩放成了统一的宽和高。

6 Pillow图像分离与合并

我们知道，图像（指数字图像）由许多像素点组成，像素是组成图像的基本单位，而每一个像素点又可以使用不同的颜色，最终呈现出了绚丽多彩的图像。在前面《Pillow Image对象属性》一节中，我们介绍了一些图片模式，它们的本质就是图片呈现颜色时需要遵循的规则，比如 RGB、RGBA、CYMK 等，而图像的分离与合并，指的就是图像颜色的分离和合并。

Image 类提供了用于分离图像和合并图像的方法 split() 和 merge() 方法，通常情况下，这两个方法会一起使用。

6.1 split()

split() 的使用方法比较简单，用来分离颜色通道。我们使用它来处理以下这张美女图片：

 编写代码如下：

from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女3号.jpg")
# 修改图像大小，以适应图像处理
image_1 = image.resize((960, 600))
image_1.save("D:/users/Desktop/美女3号_1.jpg")
# 分离颜色通道，产生三个 Image对象
r, g, b = image_1.split()
r.show()
g.show()
b.show()

 输出的结果，依次展示如下：

6.2 merge() 

Image 类提供的 merge() 方法可以实现图像的合并操作。注意，图像合并，可以是单个图像合并，也可以合并两个以上的图像。

merge() 方法的语法格式如下：

Image.merge(mode, bands)

参数说明如下：

  • mode：指定输出图片的模式
  • bands：参数类型为元组或者列表序列，其元素值是组成图像的颜色通道，比如 RGB 分别代表三种颜色通道，可以表示为 (r,g,b)。

注意：该函数会返回一个新的 Image 对象。

下面对图像合并的两种类型分别进行介绍：

1）单个图像的合并指的是将颜色通道进行重新组合，从而得到不一样的图片效果，代码如下所示：

from PIL import Image

image = Image.open("D:/users/Desktop/美女3号.jpg")
# 修改图像大小，以适应图像处理
image_1 = image.resize((960, 600))
image_1.save("D:/users/Desktop/美女3号_1.jpg")
# 分离颜色通道，产生三个 Image对象
r, g, b = image_1.split()
# 重新组合颜色通道，返回新的Image对象
image_merge = Image.merge('RGB', (g, b, r))
image_merge.show()
# 保存新图像至桌面
image_merge.save("D:/users/Desktop/美女3号_2.jpg")

新合成的图像如下所示：

 2）两张图片的合并操作也并不复杂，但是要求两张图片的模式、图像大小必须要保持一致，否则不能合并。因此，对于那些模式、大小不同的图片要进行预处理。

下面我们将上面的美女3号与另外一张美女5号进行合并，美女5号原图如下：

 编写代码如下：

from PIL import Image

# 打开图1和图2
image_1 = Image.open("D:/users/Desktop/美女3号.jpg")
image_2 = Image.open("D:/users/Desktop/美女5号.jpg")
# 因为两种图片的图片格式一致，所以仅需要处理图片的大小，让它们保持一致
# 让 image_2 的图像尺寸与 image_1 一致,注意此处新生成了 Image 对象
image_2n = image_2.resize(image_1.size)
# 接下来，对图像进行颜色分离操作
r1, g1, b1 = image_1.split()
r2, g2, b2 = image_2n.split()
# 合并图像
image_3 = Image.merge('RGB', [r2, g1, b2])
image_3.show()
image_3.save("D:/users/Desktop/合成美女35号.jpg")

图像的合成结果：

 6.3 blend() 混合图片

Image 类也提供了 blend() 方法来混合 RGBA 模式的图片（PNG 格式），函数的语法格式如下：

Image.blend(image1,image2, alpha)

参数说明如下：

  • image1，image2：表示两个 Image 对象。
  • alpha：表示透明度，取值范围为 0 到 1，当取值为 0 时，输出图像相当于 image1 的拷贝，而取值为 1 时，则是 image2 的拷贝，只有当取值为 0.5 时，才为两个图像的中合。因此该值的大小决定了两个图像的混合程度。

与 RGB 模式相比，RGBA 在 RGB 的基础上增加了透明度，通过 Alpha 取值来决定两个图像的混合程度。示例如下：

from PIL import Image

# 打开图片1
image_1 = Image.open("D:/users/Desktop/美女3号.png")
# 打开图片2
image_2 = Image.open("D:/users/Desktop/美女5号.png")
# 让图片2的尺寸和图片1保持一致
image_2n = image_2.resize(image_1.size)
# 设置 混合值alpha 为 0.5
Image.blend(image_1, image_2n, 0.6).save("D:/users/Desktop/混合美女53号.png")

输出结果如下：

7 Pillow图像裁剪、复制、粘贴操作

图像的剪裁、复制、粘贴是图像处理过程中经常使用的基本操作，Pillow Image 类提供了简单、易用的 API 接口，能够帮助您快速实现这些简单的图像处理操作。

7.1 图像裁剪操作

Image 类提供的 crop() 函数允许我们以矩形区域的方式对原图像进行裁剪，函数的语法格式如下：

crop(box=None)

参数说明：

  • box：表示裁剪区域，默认为 None，表示拷贝原图像。

注意：box 是一个有四个数字的元组参数 (x_左上,y_左下,x1_右上,y1_右下)，分别表示被裁剪矩形区域的左上角 x、y 坐标和右下角 x，y 坐标。默认 (0,0) 表示坐标原点，宽度的方向为 x 轴，高度的方向为 y 轴，每个像素点代表一个单位。

crop() 函数的会返回一个 Image 对象，使用示例如下：

from PIL import Image

image = Image.open("./image/美女3号.jpg")
box = (0, 0, 960, 600)
im_crop = image.crop(box)
im_crop.show()
im_crop.save("./image/美女3号裁剪.jpg")

输出图像显示如下：

最终，在原图的基础上裁剪出一张像素为 960 * 600 的图像。

7.2 图像拷贝和粘贴

拷贝、粘贴操作几乎是成对出现的，Image 类提供了 copy() 和 paste() 方法来实现图像的复制和粘贴。其中复制操作（即 copy() 方法）比较简单，下面主要介绍 paste() 粘贴方法，语法格式如下所示：

paste(image, box=None, mask=None)

该函数的作用是将一张图片粘贴至另一张图片中。注意，粘贴后的图片模式将自动保持一致，不需要进行额外的转换。

参数说明如下：

  • image：指被粘贴的图片；
  • box：指定图片被粘贴的位置或者区域，其参数值是长度为 2 或者 4 的元组序列，长度为 2 时，表示具体的某一点 (x,y)，粘贴的起始坐标；长度为 4 则表示图片粘贴的区域，此时区域的大小必须要和被粘贴的图像大小保持一致，否则会报错。
  • mask：可选参数，为图片添加蒙版效果。

下面复制一张原图像的副本，对副本进行裁剪、粘贴操作，代码如下所示：

from PIL import Image

image = Image.open("./image/美女3号.jpg")
# 复制一张图片副本
image_copy = image.copy()
# 对副本进行裁剪
im_crop = image_copy.crop((480, 300, 1440, 900))
# im_crop.show()
# 创建一个新的图像作为蒙版，L模式，大小为(960, 600)，单颜色值
image_new = Image.new('L', (960, 600), 100)
# image_new.show()
# 将裁剪后的副本粘贴至副本图像上，并添加蒙版
image_copy.paste(im_crop, (200, 100, 1160, 700), mask=image_new)
# image_copy.paste(im_crop, (200, 100), mask=image_new)  这样写也可以，就不用考虑大小匹配问题，指定好左上角要放置的坐标点
# 显示粘贴后的图像
image_copy.show()
# 保存粘贴后的图像
image_copy.save("./image/美女3号裁剪粘贴.jpg")

 输出的显示结果，如下所示：

 

 

8 Pillow图像几何变换

图像的几何变换主要包括图像翻转、图像旋转和图像变换操作，Image 类提供了处理这些操作的函数 transpose()、rotate() 和 transform()，下面分别对它们进行讲解。

8.1 transpose()翻转操作

该函数可以实现图像的垂直、水平翻转，语法格式如下：

Image.transpose(method)

method 参数决定了图片要如何翻转，参数值如下：

  • Image.FLIP_LEFT_RIGHT：左右水平翻转；
  • Image.FLIP_TOP_BOTTOM：上下垂直翻转；
  • Image.ROTATE_90：图像旋转 90 度；
  • Image.ROTATE_180：图像旋转 180 度；
  • Image.ROTATE_270：图像旋转 270 度；
  • Image.TRANSPOSE：图像转置；
  • Image.TRANSVERSE：图像横向翻转。

使用示例如下：

from PIL import Image

image = Image.open("./image/美女3号.jpg")
# 图像翻转后，返回一个新的Image对象
image_t = image.transpose(Image.FLIP_TOP_BOTTOM)
image_t.show()
image_t.save("./image/美女3号翻转.jpg")

图像显示结果，如下所示：

 

8.2 rotate()任意角度旋转

当我们想把图像旋转任意角度时，可以使用 rotate() 函数，语法格式如下：

Image.rotate(angle, resample=PIL.Image.NEAREST, expand=None, center=None, translate=None, fillcolor=None)

参数说明如下：

  • angle：表示任意旋转的角度；
  • resample：重采样滤波器，默认为 PIL.Image.NEAREST 最近邻插值方法；
  • expand：可选参数，表示是否对图像进行扩展，如果参数值为 True 则扩大输出图像，如果为 False 或者省略，则表示按原图像大小输出；
  • center：可选参数，指定旋转中心，参数值是长度为 2 的元组，默认以图像中心进行旋转；
  • translate：参数值为二元组，表示对旋转后的图像进行平移，以左上角为原点；
  • fillcolor：可选参数，填充颜色，图像旋转后，对图像之外的区域进行填充。

使用示例如下：

from PIL import Image

image = Image.open("./image/美女3号.jpg")
# translate的参数值可以为负数，fillcolor将旋转图之外的区域填充为绿色
# 旋转后返回同一个新的Image对象
image_r = image.rotate(30, translate=(-50, -30), fillcolor="yellow")
image_r.show()
image_r.save("./image/美女3号旋转.jpg")

输出结果：

 

8.3 transform()图像变换

该函数能够对图像进行变换操作，通过指定的变换方式，产生一张规定大小的新图像，语法格式如下：

Image.transform(size, method, data=None, resample=0)

参数说明：

  • size：指定新图片的大小；
  • method：指定图片的变化方式，比如 Image.EXTENT 表示矩形变换；
  • data：该参数用来给变换方式提供所需数据；
  • resample：图像重采样滤波器，默认参数值为 PIL.Image.NEAREST。

使用示例如下：

from PIL import Image

image = Image.open("./image/美女3号.jpg")
# 设置图像大小500*500，并根据data的数据截取原图像的区域，生成新的图像
image_tf = image.transform((500, 500), Image.EXTENT, data=[image.width // 3, image.height // 2, 1200, 955])
image_tf.show()
image_tf.save("./image/美女3号变换.jpg")

输出图像显示如下：

 

9 Pillow图像降噪处理

由于成像设备、传输媒介等因素的影响，图像总会或多或少的存在一些不必要的干扰信息，我们将这些干扰信息统称为“噪声”，比如数字图像中常见的“椒盐噪声”，指的是图像会随机出现的一些白、黑色的像素点。图像噪声既影响了图像的质量，又妨碍人们的视觉观赏。因此，噪声处理是图像处理过程中必不可少的环节之一，我们把处理图像噪声的过程称为“图像降噪”。

随着数字图像技术的不断发展，图像降噪方法也日趋成熟，通过某些算法来构造滤波器是图像降噪的主要方式。滤波器能够有效抑制噪声的产生，并且不影响被处理图像的形状、大小以及原有的拓扑结构。

Pillow 通过 ImageFilter 类达到图像降噪的目的，该类中集成了不同种类的滤波器，通过调用它们从而实现图像的平滑、锐化、边界增强等图像降噪操作。常见的降噪滤波器如下表所示：

图像降噪滤波器
名称说明
ImageFilter.BLUR模糊滤波，即均值滤波
ImageFilter.CONTOUR轮廓滤波，寻找图像轮廓信息
ImageFilter.DETAIL细节滤波，使得图像显示更加精细
ImageFilter.FIND_EDGES寻找边界滤波（找寻图像的边界信息）
ImageFilter.EMBOSS浮雕滤波，以浮雕图的形式显示图像
ImageFilter.EDGE_ENHANCE边界增强滤波
ImageFilter.EDGE_ENHANCE_MORE深度边缘增强滤波
ImageFilter.SMOOTH平滑滤波
ImageFilter.SMOOTH_MORE深度平滑滤波
ImageFilter.SHARPEN锐化滤波
ImageFilter.GaussianBlur()高斯模糊
ImageFilter.UnsharpMask()反锐化掩码滤波
ImageFilter.Kernel()卷积核滤波
ImageFilter.MinFilter(size)最小值滤波器，从 size 参数指定的区域中选择最小像素值，然后将其存储至输出图像中。
ImageFilter.MedianFilter(size)中值滤波器，从 size 参数指定的区域中选择中值像素值，然后将其存储至输出图像中。
ImageFilter.MaxFilter(size)最大值滤波器
ImageFilter.ModeFilter()模式滤波

从上述表格中选取几个方法进行示例演示，下面是等待处理的原始图像：

 9.1 模糊处理

# 导入Image类和ImageFilter类
from PIL import Image, ImageFilter

image = Image.open("./image/风景.jpg")
# 图像模糊处理
image_blur = image.filter(ImageFilter.BLUR)
image_blur.show()
image_blur.save("./image/风景_模糊.jpg")

输出图像如下：

 9.2 轮廓图

from PIL import Image, ImageFilter

image = Image.open("./image/风景.jpg")
# 生成轮廓图
image_contour = image.filter(ImageFilter.CONTOUR)
image_contour.show()
image_contour.save("./image/风景_轮廓.jpg")

输出图像如下：

 9.3 边缘检测

from PIL import Image, ImageFilter

image = Image.open("./image/风景.jpg")
# 边缘检测
image_edges = image.filter(ImageFilter.FIND_EDGES)
image_edges.show()
image_edges.save("./image/风景_边缘检测.jpg")

输出图像如下：

 

9.4 浮雕图

from PIL import Image, ImageFilter

image = Image.open("./image/风景.jpg")
# 浮雕图
image_contour = image.filter(ImageFilter.EMBOSS)
image_contour.show()
image_contour.save("./image/风景_浮雕图.jpg")

输出图像如下：

 

9.5 平滑图像

from PIL import Image, ImageFilter

image = Image.open("./image/风景.jpg")
# 平滑图像
image_contour = image.filter(ImageFilter.SMOOTH)
image_contour.show()
image_contour.save("./image/风景_平滑.jpg")

输出图像如下： 

 如果您使用过 PhotoShop（简称 Ps，一款专业的图像处理软件）、Fireworks（简称 Fw，一款专业的图像处理软件） 或者手机美图软件的话，其实不难发现，上述操作就是给图片添加一个“滤镜”，通过添加滤镜来改变图片的外观，从而影响了我们对于图片的感官体验。

 

10 Pillow图像颜色处理

Pillow 提供了颜色处理模块 ImageColor，该模块支持不同格式的颜色，比如 RGB 格式的颜色三元组、十六进制的颜色名称（#ff0000）以及颜色英文单词（"red"）。同时，它还可以将 CSS（层叠样式表，用来修饰网页）风格的颜色转换为 RGB 格式。

注意：在 ImageColor 模块对颜色的大小并不敏感，比如 "Red" 也可以写为 " red"。

10.1 颜色命名

ImageColor 支持多种颜色模式的的命名（即使用固定的格式对颜值进行表示），比如我们熟知的 RGB 色彩模式，除此之外，还有 HSL （色调-饱和度-明度）、HSB （又称 HSV，色调-饱和度-亮度）色彩模式。下面对 HSL 做简单介绍：

  • H：即 Hue 色调，取值范围 0 -360，其中 0 表示“red”，120 表示 “green”，240 表示“blue”；
  • S：即 Saturation 饱和度，代表色彩的纯度，取值 0~100%，其中 0 代表灰色（gry），100% 表示色光最饱和；
  • L：即 Lightness 明度，取值为 0~100%，其中 0 表示“black”黑色，50% 表示正常颜色，100% 则表示白色。

下面使用 HSL 色彩模式表示红色，格式如下：

HSL(0,100%,50%)

此时的颜色为“纯红色”，等同于 RGB (255,0,0)。如果想了解有关 HSL/HSB 的更多知识，点击链接前往。

ImageColor 模块比较简单，只提供了两个常用方法，分别是 getrgb() 和 getcolor() 函数。

10.2 getrgb()方法

顾名思义，该函数用来得到颜色的 RGB 值，语法格式如下：

PIL.ImageColor.getrgb(color)

使用示例如下：

from PIL import ImageColor

# getrgb()方法
color1 = ImageColor.getrgb("blue")
print(color1)
color2 = ImageColor.getrgb('#DCDCDC')
print(color2)
# 使用HSL模式红色
color3 = ImageColor.getrgb('HSL(0,100%,50%)')
print(color3)

输出结果如下：

(0, 0, 255)
(220, 220, 220)
(255, 0, 0)

 通过 new() 方法可以新建图像，此时也可以使用 ImageColor.getrgb()，如下所示：

from PIL import Image

# 使用new()绘制新的图像
image = Image.new("RGB", (200, 200), ImageColor.getrgb("#A214B4"))
image.save("./image/新建01.jpg")

显示图片如下：

 

10.3 getcolor()

该方法与 getrgb() 类似，同样用来获取颜色值，不过它多了一个mode参数，因此该函数可以获取指定色彩模式的颜色值。语法格式如下：

PIL.ImageColor.getcolor(color, mode)

参数说明如下：

  • color：一个颜色名称，字符串格式，可以是颜色的英文单词，或者十六进制颜色名。如果是不支持的颜色，会报 ValueError 错误；
  • mode：指定色彩模式，如果是不支持的模式，会报 KeyError 错误。

使用示例如下：

color4 = ImageColor.getcolor('#A214B4', 'L')
print(color4)
color5 = ImageColor.getcolor('yellow', 'RGBA')
print(color5)

输出结果：

81
(255, 255, 0, 255)

11 Pillow为图片添加水印

为图片添加水印能够在一定程度上避免其他人滥用您的图片，这是保护图片版权的一种有效方式。因此，当您在微博、或者博客等一些公众平台分享图片的时候，建议您为自己的图片添加一个水印，来证明这张图片属于您。

添加水印的方式的有很多种，比如通过一些图像处理软件，或者手机美图软件都可以实现添加水印的操作，但是这种操作比较复杂，甚至有些软件还不是免费的。

Pillow 库提供了添加水印的方法，操作简单，易学、易用。下面我们一起学习如何使用 PIilow 给图片添加水印。

我们知道，水印是附着在原图片上一段文字信息，因此添加水印的过程中会涉及两个问题：

  • 第一、如何使文字信息附着在图片上；
  • 第二、如何绘制文字信息。

只要解决了这两个问题就可以成功添加水印。Pillow 提供的ImageDraw和ImageFont模块成功解决了上述问题。

11.1 ImageDraw

PIL.ImageDraw 模块提供了一系列的绘图方法，通过该模块可以创建一个新的图形，或者在现有的图像上再绘制一个图形，从而起到对原图注释和修饰的作用。

下面创建一个 ImageDraw 对象，并对该对象的使用方法做简单介绍：

draw = ImageDraw.Draw(image)

 上述方法会返回一个 ImageDraw 对象，参数 image 表示 Image 对象。这里我们可以把 Image 对象理解成画布，通过调用 ImageDraw 对象的一些方法，实现了在画布上绘制出新的图形目的。ImageDraw 对象的常用方法如下表所示：

ImageDraw常用方法
方法说明
text在图像上绘制文字
line绘制直线、线段
eclipse绘制椭圆形
rectangle绘制矩形
polygon绘制多边形

 注意：表格中第一个方法 text() 需要与 ImageFont 模块一起使用，在下面会做详细介绍。

 绘制矩形图的语法格式如下：

draw.rectangle(xy, fill=None, outline=None)

 参数说明如下：

  • xy：元组参数值，以图像的左上角为坐标原点，表示矩形图的位置、图形大小的坐标序列，形如 ((x1,y1,x2,y2))；
  • fill：矩形图的背景填充色；
  • outline：矩形图的边框线条颜色。

下面看一组简单的示例：

from PIL import Image, ImageDraw

# 创建 Image 对象，当做背景图
image = Image.new('RGB', (200, 200), color='gray')
# 创建 ImageDraw 对象
draw = ImageDraw.Draw(image)
# 以左上角为原点，绘制矩形。元组坐标序列表示矩形的位置、大小；fill设置填充色为红色，outline设置边框线为黑色
draw.rectangle((100, 50, 150, 100), fill=(255, 0, 0), outline=(0, 0, 0))
# 查看原图片
image.show()
# 保存图片
image.save("./image/添加矩形图.png")

图形显示结果如下：

 

11.2 ImageFont

PIL.ImagreFont 模块通过加载不同格式的字体文件，从而在图像上绘制出不同类型的文字，比如 TrueType 和 OpenType 类型的字体。

创建字体对象的语法格式如下：

font = ImageFont.truetype(font='字体文件路径', size=字体大小)

如果想要在图片上添加文本，还需要使用 ImageDraw.text() 方法，语法格式如下：

draw =  ImageDraw(image)
draw.text((x,y), "text", font, fill)

参数说明如下：

  • (x,y)：图像左上角为坐标原点，(x,y) 表示添加文本的起始坐标位置；
  • text：字符串格式，要添加的文本内容；
  • font：ImageFont 对象；
  • fill：文本填充颜色。

下面看一组使用示例，如下所示：

from PIL import Image, ImageFont, ImageDraw

# 打开图片，返回 Image对象
image = Image.open("./image/风景.jpg")
# 创建画布对象
draw = ImageDraw.Draw(image)
# 加载计算机本地字体文件
font1 = ImageFont.truetype('C:/Windows/Fonts/msyh.ttc', size=36)
font2 = ImageFont.truetype('C:/Windows/Fonts/LHANDW.TTF', size=28)
# 在原图像上添加文本
draw.text(xy=(220, 150), text='o0o江山如此多娇o0o', fill=(255, 0, 0), font=font1)
draw.text(xy=(260, 250), text='China123', fill=(255, 100, 50), font=font2)
image.show()
image.save("./image/风景_水印.png")

图像显示结果如下：

 

11.3 添加图片水印

通过上述知识的学习，我们对ImageDraw和ImageFont模块有了大体的认识，并且也解决了如何给图片添加水印的两个关键问题。以下示例展示了为图片添加水印的详细过程，代码如下所示：

from PIL import Image, ImageFont, ImageDraw

font = ImageFont.truetype('C:/Windows/Fonts/msyh.ttc', size=36)


def creating_watermark(image, text, font=font):
    # 后面给水印添加透明度，因此需要先转换图片的格式
    image_rgba = image.convert('RGBA')
    print(image_rgba.size)
    # 按照传入的image对象的尺寸，新建一个RGBA模式的白色图片
    im_text_canvas = Image.new('RGBA', image_rgba.size, (255, 255, 255, 0))
    print(im_text_canvas.size)
    # 用刚刚创建的RGBA图片创建画布对象，用于放着水印内容，即text内容
    draw = ImageDraw.Draw(im_text_canvas)

    # 获取文本框的宽度和高度
    # draw.textbbox 返回四元组，表示文本内容的左上角和右下角的两个坐标位置(x0, y0, x1, y1)
    bbox = draw.textbbox((0, 0), text, font=font)
    text_width = bbox[2] - bbox[0]
    text_height = bbox[3] - bbox[1]
    print(text_width, text_height)
    # 计算得到添加文本的起始坐标位置
    text_xy = (image_rgba.size[0] - text_width - 20, image_rgba.size[1] - text_height - 20)  # -20是微调动作，可以不减
    print(text_xy)
    # 在画布对象上添加文本，并设置文本颜色（白色）和透明度（半透明） fill参数的最后一位数值决定透明程度。
    draw.text(text_xy, text, font=font, fill=(255, 255, 255, 120))
    # 将原图片与文字画布复合
    image_text = Image.alpha_composite(image_rgba, im_text_canvas)
    return image_text


image = Image.open("image/风景.jpg")
# image.show()
image_water = creating_watermark(image, '@江山如此多娇')
image_water.show()
image_water.save("image/风景_Watermark.png")

添加水印后的效果图：

 

12 Pillow和ndarray数组

NumPy 是 Python 科学计算的基础数据包，它被大量的应用于机器学习领域，比如图像识别、自然语言处理、数据挖掘等。NumPy是第三方库，需要提前下载安装。

ndarray 是 NumPy 中的数组类型，也称为 ndarray 数组，该数组可以与 Pillow 的 PIL.Image 对象实现相互转化。

12.1 ndarray数组创建图像

下面通过 ndarray 数组构建一个 Image 对象，并将图像显示出来。示例如下：

# 使用numpy之前需要提前安装
import numpy as np
# 导入相关的包
from PIL import Image

# 创建 300*400的图像，3个颜色通道
array = np.zeros([300, 400, 3], dtype=np.uint8)
# rgb色彩模式
array[:, :200] = [255, 255, 0]
array[:, 200:] = [0, 255, 0]
img = Image.fromarray(array)
img.show()
img.save("./image/数组生成图像.png")

输出结果如下所示：

 

 12.2 图像转化为ndarray数组

下面将图像以 ndarray 数组的形式进行输出，示例如下：

import numpy as np
from PIL import Image

img = Image.open("./image/风景.jpg")
img.show()
# Image图像转换为ndarray数组
img_2 = np.array(img)
print(img_2)
# ndarray数组转换为Image图像
arr_img = Image.fromarray(img_2)
# 显示图片
arr_img.show()
# 保存图片
arr_img.save("./image/风景_arr.jpg")

图片展示结果：

 组成图片的像素点数组如下所示：

[[[135 178 213]
  [133 178 211]
  [131 177 210]
  ...
  [205 177 173]
  [206 178 174]
  [207 179 175]]

 [[136 174 210]
  [136 174 210]
  [134 174 209]
  ...
  [207 178 174]
  [208 179 175]
  [209 180 176]]

 [[139 175 211]
  [140 176 212]
  [140 176 212]
  ...
  [210 179 176]
  [211 180 175]
  [212 181 176]]

 ...

 [[ 72  97 119]
  [ 71  97 120]
  [ 63  93 117]
  ...
  [122 127 130]
  [ 73  77  80]
  [123 122 128]]

 [[ 59  87 108]
  [ 58  86 107]
  [ 54  85 106]
  ...
  [ 99 104 107]
  [ 85  88  93]
  [ 84  83  89]]

 [[ 56  87 107]
  [ 62  90 111]
  [ 64  92 114]
  ...
  [ 72  77  80]
  [ 52  55  60]
  [ 79  78  86]]]

13 Pillow生成GIF动态图

GIF（Graphics Interchange Format，图形交换格式）是一种“位图”图像格式，它以.gif作为图像的扩展名。GIF 图片非常适合在互联网中使用，这是因为它采用了图像预压缩技术，该技术的应用，在一定程度上减少了图像传播、加载所消耗的时间。

与其他格式的图片相比，GIF 还有一项非常重要的应用，那就是生成动态图。我们知道，Pillow 能够处理多种图像格式，包括 GIF 格式，它可以将静态格式图片（png、jpg）合成为 GIF 动态图。 

注意：Pillow 总是以灰度模式（L）或调色板模式（P）来读取 GIF 文件。

下面看一组示例：如何使用 Pillow 生成 GiF 动态图。

素材原图：

 完整代码如下：

import os
import random
from PIL import Image


def png_to_gif(png_path, gif_path):
    """png合成gif图像"""
    img_frames = []
    # 返回文件夹内的所有静态图的列表
    png_files = os.listdir(png_path)
    # 打印返回的列表
    print(png_files)
    # 读取文件内的静态图，并随机选取到列表中，也可以不随机，就按顺序取
    for i in range(0, len(png_files)):
        img = Image.open(os.path.join(png_path, random.choice(png_files)))  # 随机入列
        # img = Image.open(os.path.join(png_path, png_files[i]))   # 按原本的顺序入列
        img_frames.append(img)
    # 以第一张图片作为开始，将后续的所有图片合并成 gif 动态图
    img_frames[0].save(gif_path, save_all=True, append_images=img_frames[1:], transparency=0, duration=500, loop=0, disposal=2)
    # 参数说明：
    # save_all 保存图像;    transparency 设置透明背景色;   duration 单位毫秒，动画持续时间，
    # loop=0 无限循环;  disposal=2 恢复原背景颜色。参数详细说明，请参阅官方文档，网址见文章末尾处。


# 调用函数，传入对应的参数
png_path = "D:/PycharmProjects/Pillow练习/image/pngs"
gif_path = "D:/PycharmProjects/Pillow练习/image/悟空.gif"
png_to_gif(png_path, gif_path)

动态效果图，如下所示：

 

想要了解更多关于 Pillow 的知识，请参考官方文档：点击前往。