純Python綜合影像處理小工具（3）10種濾鏡演算法

標籤：

<背景> 

濾鏡處理是影像處理中一種非常常見的方法。比如photoshop中的濾鏡效果，除了內建的濾鏡，還擴充了很多第三方的濾鏡效果外掛程式，可以對映像做豐富多樣的變換；很多手機app實現了即時濾鏡功能，最有名的當屬Instagram。

濾鏡的原理，常見的是針對數位影像的像素矩陣，使用一個nxn的方形矩陣做濾波器（即kernel，常見的如3x3，5x5等），對該像素矩陣進行遍曆，遍曆後的映像就是輸出映像，如果演算法經過最佳化，遍曆的速度足夠快，那就是即時濾鏡（live filter），可以即時預覽映像過濾後的效果。

ImageFilter是Python PIL的濾鏡模組，目前的版本支援10種加強濾鏡，通過這些預定義的濾鏡，可以方便的對圖片進行一些過濾操作，從而去掉圖片中的噪音(部分的消除)，這樣可以降低影像處理演算法的複雜度(如模式識別等)，更方便的實現和預覽一些演算法的效果。

本文指令碼包含以下全部濾鏡， 實現了10種影像處理濾鏡的效果預覽和JPEG檔案儲存。

ImageFilter.BLUR	模糊濾鏡
ImageFilter.CONTOUR	輪廓
ImageFilter.DETAIL	細節濾鏡
ImageFilter.EDGE_ENHANCE	邊界加強
ImageFilter.EDGE_ENHANCE_MORE	邊界加強(閥值更 大)
ImageFilter.EMBOSS	浮雕濾鏡
ImageFilter.FIND_EDGES	邊界濾鏡
ImageFilter.SMOOTH	平滑濾鏡
ImageFilter.SMOOTH_MORE	平滑濾鏡(閥值更大)
ImageFilter.SHARPEN	銳利化濾鏡

 

<效果> 

原圖：

 

 

模糊濾鏡：

 

 

銳度增強濾鏡： 

 

細節濾鏡：

 

 

輪廓濾鏡：

 

 

邊界提取濾鏡：

 

 

邊界增強濾鏡：

 

 

邊界增強濾鏡-加強版：

 

 

平滑濾鏡：

 

 

平滑濾鏡-加強版：

 

 

浮雕濾鏡：

 

 

<源碼分析>

 PIL庫的濾鏡演算法可以在Python\Lib\site-packages\PIL路徑下找到，如下所示：

  

在PIL路徑下，我們看到了三個同名但尾碼不同的檔案：ImageFilter.py ImageFilter.pyc ImageFilter.pyo 。

.pyc檔案：是同名的.py編譯後的位元組碼檔案，用來供解譯器解釋執行；

.pyo檔案：是同名的.pyc檔案經過最佳化後的位元組碼檔案，通常體積更小，運行更快。

濾鏡演算法在ImageFilter.py檔案中。

如前文所述，每一個濾鏡通常對應著一個濾波器（即kernel），PIL中的kernel均為常見的3x3和5x5方形矩陣，下面是PIL中9種濾鏡對應的矩陣：

 

模糊濾鏡：

class BLUR(BuiltinFilter):
    name = "Blur"
    filterargs = (5, 5), 16, 0, (
        1,  1,  1,  1,  1,
        1,  0,  0,  0,  1,
        1,  0,  0,  0,  1,
        1,  0,  0,  0,  1,
        1,  1,  1,  1,  1
        )        

 輪廓濾鏡：

class CONTOUR(BuiltinFilter):
    name = "Contour"
    filterargs = (3, 3), 1, 255, (
        -1, -1, -1,
        -1,  8, -1,
        -1, -1, -1
        )

 

細節濾鏡：

class DETAIL(BuiltinFilter):
    name = "Detail"
    filterargs = (3, 3), 6, 0, (
        0, -1,  0,
        -1, 10, -1,
        0, -1,  0
        )

 

邊緣增強濾鏡：

class EDGE_ENHANCE(BuiltinFilter):
    name = "Edge-enhance"
    filterargs = (3, 3), 2, 0, (
        -1, -1, -1,
        -1, 10, -1,
        -1, -1, -1
        )

 

邊緣增強濾鏡-增強版：

該增強版和原濾鏡僅僅是矩陣2行2列的一個參數大小不同，實際是修改了中心像素的權重。這個數值可以任意修改以自訂邊緣增強幅度。class EDGE_ENHANCE_MORE(BuiltinFilter):
    name = "Edge-enhance More"
    filterargs = (3, 3), 1, 0, (
        -1, -1, -1,
        -1,  9, -1,
        -1, -1, -1
        )

 

 浮雕濾鏡

class EMBOSS(BuiltinFilter):
    name = "Emboss"
    filterargs = (3, 3), 1, 128, (
        -1,  0,  0,
        0,  1,  0,
        0,  0,  0
        )

 邊緣提取濾鏡

class FIND_EDGES(BuiltinFilter):
    name = "Find Edges"
    filterargs = (3, 3), 1, 0, (
        -1, -1, -1,
        -1,  8, -1,
        -1, -1, -1
        )

 

平滑濾鏡：

class SMOOTH(BuiltinFilter):
    name = "Smooth"
    filterargs = (3, 3), 13, 0, (
        1,  1,  1,
        1,  5,  1,
        1,  1,  1
        ) 

 

 平滑濾鏡-加強版：

平滑濾鏡的加強是增加了濾鏡視窗的尺寸，有3x3擴充到5x5， 這樣每一個新像素的產生會包含25個周圍原始像素的加權貢獻（離得越近，貢獻越大），這樣的結果會更加平滑自然，代價是處理速度會明顯的變慢。 

class SMOOTH_MORE(BuiltinFilter):
    name = "Smooth More"
    filterargs = (5, 5), 100, 0, (
        1,  1,  1,  1,  1,
        1,  5,  5,  5,  1,
        1,  5, 44,  5,  1,
        1,  5,  5,  5,  1,
        1,  1,  1,  1,  1
        )

 銳利化濾鏡：

class SHARPEN(BuiltinFilter):
    name = "Sharpen"
    filterargs = (3, 3), 16, 0, (
        -2, -2, -2,
        -2, 32, -2,
        -2, -2, -2
        )

 

 

<指令碼源碼> 

#start
# -*- coding: cp936 -*-
import Image,ImageDraw
import ImageFilter,random,sys
img = Image.open("1.jpg")

##影像處理##

#轉換為RGB映像
img = img.convert("RGB")              

#經過PIL內建filter處理
imgfilted_b = img.filter(ImageFilter.BLUR)
imgfilted_c = img.filter(ImageFilter.CONTOUR)
imgfilted_ee = img.filter(ImageFilter.EDGE_ENHANCE)
imgfilted_ee_m = img.filter(ImageFilter.EDGE_ENHANCE_MORE)
imgfilted_em = img.filter(ImageFilter.EMBOSS)                    
imgfilted_fe = img.filter(ImageFilter.FIND_EDGES)                                                
imgfilted_sm = img.filter(ImageFilter.SMOOTH)
imgfilted_sm_m = img.filter(ImageFilter.SMOOTH_MORE)
imgfilted_sh = img.filter(ImageFilter.SHARPEN)
imgfilted_d = img.filter(ImageFilter.Detail)

##映像儲存##

imgfilted_b.save("1b.jpg")
imgfilted_c.save("1c.jpg")
imgfilted_ee.save("1ee.jpg")
imgfilted_ee_m.save("1eem.jpg")
imgfilted_em.save("1em.jpg")
imgfilted_fe.save("1fe.jpg")                                
imgfilted_sm.save("1sm.jpg")
imgfilted_sm_m.save("1smm.jpg")
imgfilted_sh.save("1sh.jpg")
imgfilted_d.save("1d.jpg")

##映像顯示##

imgfilted_b.show()
imgfilted_c.show()
imgfilted_ee.show()
imgfilted_ee_m.show()
imgfilted_em.show()
imgfilted_fe.show()                                
imgfilted_sm.show()
imgfilted_sm_m.show()
imgfilted_sh.show()
imgfilted_d.show()
#end

 

純Python綜合影像處理小工具（3）10種濾鏡演算法