1   影像與圖形資料的處理

上一回我們談過了圖形介面程式的撰寫，這一次我們要討論圖形 (影像) 本身的處理，而討論的內容將會集中在 Python Imaging Library (PIL) 這一套程式庫上。

PIL 是 Python 下最有名的影像處理套件，由許多不同的模組所組成，並且提供了許多的處理功能，允許我們在簡單的 Python 程式裡進行影像的處理。使用像 PIL 許樣的程式庫套件可以幫助我們把精力集中在影像處理的工作本身，避免迷失在底層的演算法裡面。

由於影像處理牽涉到了大量的數學運算，因此 PIL 中有許多的模組是用 C 語言所寫成的，以提昇處理的效率。不過，在使用的時候，我們當然不必在意這樣的問題，只管放心地用就是了。

2   轉換圖檔格式

市面上有許多影像處理程式，一般人最常用它們來處理的工作大概就是圖檔格式轉換了；這是影像處理軟體最基本的功能，PIL 當然也要支援。

假設我們有一個 JPG 檔案，名字叫作 sample01.jpg，那麼，以下的程式會把這個檔案載入 Python：

>>> import Image

                        

                        >>> im = Image.open( "sample01.jpg" )

                        

                        

                        

                        

im 這個物件是由 Image.open() 方法所產生出來的 Image 物件。我們可以用 Image 物件內的屬性來查詢關於此檔案的資訊：

>>> print im.format, im.size, im.mode

                        

                        JPEG (2288, 1712) RGB

                        

                        

                        

                        

格 式字串放在 format 屬性裡，尺寸放在 size 屬性裡，而 (調色盤) 模式放在 mode 屬性裡。從以上的執行結果，可以看出來我們讀的確實是一個 JPEG 檔案，檔案的尺寸是 2288 像素寬、1712 像素高，調色盤是 RGB 全彩模式。

既然我們已經把圖檔讀入了 Python，要處理它就簡單了。利用 Image 類別的 save() 方法，可以把檔案儲存成 PIL 支援的格式：

>>> im.save( "fileout.png" )

                        

                        

                        

                        

如果圖檔很大，這會花上一點時間。Image.save() 方法會根據欲存檔的副檔名，自動判斷要存圖檔的格式 (剛剛我們用的 open() 函式也會這樣作)。

save() 可以指定存檔格式。在以下的例子裡，我們把存檔格式指定為 JPEG：

>>> im.save( "fileout.png", "JPEG" )

                        

                        

                        

                        

這時候副檔名是無所謂的。

只處理一兩個檔案的時候，使用 Python 直譯器就相當合適。然而若要處理一大群檔案，譬如把一整個目錄的 JPEG 檔轉換為 PNG 檔，那麼寫成一個程式檔會比較方便，例如：

#!/usr/bin/env python

                        

                        

                        

                        from glob import glob

                        

                        from os.path import splitext

                        

                        import Image

                        

                        

                        

                        jpglist = glob( "python_imaging_pix/*.[jJ][pP][gG]" )

                        

                        

                        

                        for jpg in jpglist:

                        

                        im = Image.open(jpg)

                        

                        png = splitext(jpg)[0]+".png"

                        

                        im.save(png)

                        

                        print png

                        

                        

                        

                        

                        

                        

只要在一個放了 *.jpg 或 *.JPG 檔案的目錄裡面執行這個指令稿，它就會把所有的 JPEG 檔轉成 PNG 檔案：

$ ./convertdir.py

                        

                        file0001.png

                        

                        file0002.png

                        

                        .

                        

                        .

                        

                        file9999.png

                        

                        

                        

                        

既然 PIL 會從檔名偵測常用的檔案格式，存檔時我們通常都不會指定存檔格式。

然 而，依據檔案格式的不同，save() 方法提供了不同的選項參數。以 JPEG 而言，它可以接受 quality (從 1 到 100 的整數，預設為 75)、optimize (真假值) 及 progression (真假值)。在以下的例子裡，我們以 100 的 quality 來儲存 JPEG 檔案：

>>> im.save( "quality100.jpg", quality=100 )

                        

                        

                        

                        

3   改變影像與製作縮圖

在了解了基本的圖檔轉換之後，我們來看看如何對影像進行尺寸方面的修改。PIL 對 Image 物件提供了 resize 方法，以執行影像的縮放工作。用我們的 sample01.jpg 檔案來當例子：

>>> im = Image.open( "sample01.jpg" )

                        

                        >>> print im.size

                        

                        (2288, 1712)

                        

                        >>> width = 400

                        

                        >>> ratio = float(width)/im.size[0]

                        

                        >>> height = int(im.size[1]*ratio)

                        

                        >>> nim = im.resize( (width, height), Image.BILINEAR )

                        

                        >>> print nim.size

                        

                        (400, 299)

                        

                        >>> nim.save( "resized.jpg" )

                        

                        

                        

                        

然後我們就會得到比較小的 resized.jpg：

resize() 這個方法會傳回一個新的 Image 物件，所以舊的 Image 不會被更動。resize() 接受兩個參數，第一個用來指定變更後的大小，是一個雙元素 tuple，分別用以指定影像的寬與高；第二個參數可以省略，是用來指定變更時使用的內插法，預設是 Image.NEAREST (取最近點)，這裡我們指定為品質比較好的 Image.BILINEAR。

resize() 可以把影像放大縮小，在使用時一定要傳入寬與高。上面的程式會先限定新影像的寬，再根據舊影像的長寬比例來算出新影像的高應該是多少，最後把尺寸值傳入 resize() 去。由此可知，resize() 是允許我們不等比例縮放的：

>>> width = 400

                        

                        >>> height = 100

                        

                        >>> nim2 = im.resize( (width, height), Image.BILINEAR )

                        

                        >>> nim2.save( "resize2wide.jpg" )

                        

                        

                        

                        

會得到形狀奇怪的縮圖：

我們可以任意改變新影像的尺寸值。

另一個常用的操作是旋轉；rotate() 方法可以用來旋轉影像。它取兩個參數，第一個參數是一個逆時針的度數，第二個參數則也是影像處理時的內插法，可省略：

>>> nim3 = nim.rotate( 45, Image.BILINEAR )

                        

                        >>> nim3.save( "rotated.jpg" )

                        

                        

                        

                        

rotate() 並不會改變影像的尺寸 (dimension)，所以你會看到：

出現了黑邊。如果我們想要連影像尺寸一起變動，得要改用 transpose() 方法：

>>> nim4 = nim.transpose( Image.ROTATE_90 )

                        

                        >>> nim4.save( "transposed90.jpg" )

                        

                        

                        

                        

結果是：

transpose() 方法接受 Image.FLIP_LEFT_RIGHT, Image.FLIP_TOP_DOWN, ROTATE_90, ROTATE_180, ROTATE_270 等五種參數；其中後三種的旋轉均為逆時針。rotate() 方法會對像素資料進行內插；而 transpose() 則只是轉置像素資料，所以沒有內插參數可以設定，也不會影響影像的品質。

縮放與旋轉是最常用的兩個操 作，而在其中，縮圖的製作可能是特別常用的；PIL 對縮圖提供了一個方便的 thumbnail() 方法。thumbnail() 會直接修改 Image 物件本身，所以速度能比 resize() 更快，也消耗更少的記憶體。它不接受指定內插法的參數，而且只能縮小影像，不能放大影像；用法是：

>>> im = Image.open( "sample01.jpg" )

                        

                        >>> im.thumbnail( (400,100) )

                        

                        >>> im.save( "thumbnail.jpg" )

                        

                        >>> print im.size

                        

                        (133, 100)

                        

                        

                        

                        

thumbnail() 在接受尺寸參數的時候，行為與 resize() 不同；resize() 允許我們不等比例進行縮放，但 thumbnail() 只能進行等比例縮小，並且是以長、寬中比較小的那一個值為基準。因此，上面的程式所作出的 thumbnail.jpg 變成了 133*100 的小圖片：

有了這些操作，我們可以很輕易地執行影像管理的任務。

4   修改圖形內容

除了可以針對圖形的尺寸作變更之外，PIL 更提供我們變更影像內容的能力。這樣，我們就不只能對影像進行管理，而能更進一步地利用程式來把影像的內容改成我們想要的樣子。

我們從「貼圖」開始：

>>> baseim = Image.open( "resized.jpg" )

                        

                        >>> floatim = Image.open( "thumbnail.jpg" )

                        

                        >>> baseim.paste( floatim, (150, 50) )

                        

                        >>> baseim.save( "pasted.jpg" )

                        

                        

                        

                        

利用 paste() 方法，把之前作的 thumbnail.jpg 貼到 resized.jpg 裡面去：

此種用法的 paste() 方法要求兩個參數，第一是要貼上的 Image，第二是要貼上的位置。第二個參數有三種指定的方式：

• None：不指定位置與尺寸，那麼 pasted() 會假設要貼上的 Image 與被貼上的 Image 的尺寸完全相同。
• (left, upper)：雙元素 tuple。pasted() 會把要貼上的 Image 的左上角對齊在指定的位置。
• (left, upper, right, lower)：四元素 tuple。paste()` 除了會把 Image 的左上角對齊外，也會對齊右下角。不過基本上這種寫法和上面那一種一樣，因為 paste() 要求要貼上的影像與這裡指定的尺寸一致，所以不可能出現不同的兩組 right, lower。

除了「貼圖」之外，我們還可以對影像的內容進行裁切：

>>> im = Image.open( "sample01.jpg" )

                        

                        >>> nim = im.crop( (700, 300, 1500, 1300) )

                        

                        >>> nim.thumbnail( (400,400) )

                        

                        >>> nim.save( "croped.jpg" )

                        

                        

                        

                        

(因為裁切之後的圖形還是大了點，所以再縮圖一次) 得到的結果是：

crop() 接受的 box 參數指定要裁切的左、上、右、下四個邊界值，形成一個矩形。

除了剪貼之外，PIL 還可以使用內建的濾鏡 (filter) 作一些特效處理。這些濾鏡都放在 ImageFilter 模組裡面，使用前要先匯入這個模組：

>>> import ImageFilter

                        

                        

                        

                        

我們用個例子，對剛剛裁切的 "No Riding" 禁止牌作 20 次 blur (糊化)，來看看 PIL 濾鏡的效果：

>>> im = Image.open( "croped.jpg" )

                        

                        >>> nim = im

                        

                        >>> for i in range(20): nim = nim.filter( ImageFilter.BLUR )

                        

                        ...

                        

                        >>> nim.save( "blured.jpg" )

                        

                        

                        

                        

你應該看不出來它是 "No Riding" 了吧：

使用濾鏡的基本語法是：

newim = im.filter( ImageFilter.FILTERNAME )

                        

                        

                        

                        

其 中 FILTERNAME 是 PIL 中支援的濾鏡名稱，目前有：BLUR, CONTOUR, DETAIL, EDGE_ENHANCE, EDGE_ENHANCE_MORE, EMBOSS, FIND_EDGES, SMOOTH, SMOOTH_MORE, SHARPEN，此處就不一一介紹了，但建議你可以自己來把每一個濾鏡都試試看。

利用濾鏡，我們可以對同一類的影像進行相同的特效處理。當然，影像特效需要很精細的調整，在自動化作業中通常只能達到很粗略的效果；但 PIL 既然提供了，我們的自動程序就擁有更多的工具可以使用。

5   用 PIL 製作新影像

除了對已存在的影像進行編修之外，從零開始建立新影像也是很重要的工作。PIL 中的 ImageDraw 模組提供給我們繪製影像內容的能力。在使用 ImageDraw 之前，要先建立好空白的新影像：

>>> import ImageDraw

                        

                        >>> im = Image.new( "RGB", (400,300) )

                        

                        >>> draw = ImageDraw.Draw( im )

                        

                        

                        

                        

最 後建出來的 draw 是一個 ImageDraw 物件會提供各種繪製影像的方法。針對幾何圖形，draw 物件提供 arc() (弧線)、chord() (弦)、line() (線段)、ellipse() (橢圓)、point() (點)、rectangle() (矩形) 與 polygon() (多邊形)。不過，我們不準備討論幾何圖形的繪製；相信這些方法的使用對一般人來說應該都很直覺才是。

這裡要介紹的不是幾何圖形，而是文字的繪製。我們要再介紹一個模組：ImageFont，並且以實例來說明如何用 PIL 「寫字」：

>>> import Image, ImageDraw, ImageFont

                        

                        >>> font = ImageFont.truetype( "

                        

                        ... "/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeMono.ttf", 24 )

                        

                        >>> im = Image.new( "RGB", (400,300) )

                        

                        >>> draw = ImageDraw.Draw( im )

                        

                        >>> draw.text( (20,20), "TEXT", font=font )

                        

                        >>> im.save( "text.jpg" )

                        

                        

                        

                        

這樣就在一個黑色底圖上用白筆寫了 "TEXT" 四個大字：

接 著一一說明剛剛作的動作。首先我們用 ImageFont 的 truetype() 函式建立了一個 TrueType 字型，大小設定為 16 點。truetype() 函式的第一個參數必須是字型檔的搜尋路徑，第二個參數是字型的點數。然後依序建立影像物件與 draw 物件。寫字的動作用 draw 物件的 text() 方法來完成，它接受兩個參數，分別是文字的左上角點、字串，另外可以用 font 選項來指定所使用的字型 (若不指定，便使用預設字型)。

在 1.1.4 版之前，PIL 是只能使用點陣字型的。現在 PIL 加入了 TrueType 向量字型的支援，對於要「寫字」的人來說實在是一大福音。對點陣字來說，想改變字型的大小得要更換字型才作得到，但 TrueType 就沒有這個限制。如果我們想要寫出兩串不同大小的文字，這樣作就可以了：

>>> largefont = ImageFont.truetype( "

                        

                        ... "/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeMono.ttf", 48 )

                        

                        >>> smallfont = ImageFont.truetype( "

                        

                        ... "/usr/share/fonts/truetype/freefont/FreeMono.ttf", 24 )

                        

                        >>> im = Image.new( "RBG", (400,300) )

                        

                        >>> draw = ImageDraw.Draw( im )

                        

                        >>> draw.text( (20,20), "SmallTEXT", font=smallfont )

                        

                        >>> draw.text( (20,120), "LargeTEXT", font=largefont )

                        

                        >>> im.save( "multitext.jpg" )

                        

                        

                        

                        

結果如：

以上就是在 PIL 裡建立文字圖形的方法。

最後，我們要說明如何改變繪製圖形 (文字) 時的顏色；繪圖時畫筆的顏色是透過 draw 物件的 ink 屬性來改變的：

>>> draw.ink = 0 + 255*256 + 0*256*256

                        

                        

                        

                        

以上會把畫筆設成綠色。ink 值必須要是一個整數，其值由色彩的 RGB 值算出。舉幾個 ink 值的例子：

• 紅色的 ink 值應設為 255(R) + 0(G)*256 + 0(B)*256*256，
• 藍色的 ink 值應設為 0(R) + 0(G)*256 + 255(B)*256*256，
• 靛色的 ink 值應設為 0(R) + 255(G)*256 + 255(B)*256*256

所設定的 ink 會影響所有後續的繪圖動作。