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用PIL实现滤镜(一)——素描、铅笔画效果

时间:2018-07-01 20:59:08      阅读:380      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:发展   变化   static   div   命令   param   point   mask   box   

在计算机图形学发展史中,真实感绘制一直是主旋律。不过从20实际90年代中期开始,非真实感图像绘制(Non-Photorealistic Rendering,NPR)逐渐成为一个研究热点。说白了,真实感绘制目标是像照片般真实地再现客观世界,而非真实感图像绘制专注于图形个性化和艺术化的表达,它主要用来表现图形的艺术特质,以及模拟艺术作品(甚至包括作品中的缺陷)。

在介绍完非真实感图像绘制之后,我们再来提及一下PIL——Python Imaging Library(官方网址)。相信使用python的朋友们都不会陌生,因为在web应用中我们常常用它来生成缩略图。从名字也可以看出,PIL主要用来处理图片,它支持多种图片格式,并提供强大的图片和图像处理能力。详细的关于PIL的内容大家可以参阅手册

这个系列,我们就主要使用PIL来进行滤镜方面的处理,包括素描、铅笔画、油画等等滤镜效果的实现。在以后我会把代码托管出来。

PIL已经内置一些滤镜效果,详细见文档这篇文章

 

我们从素描效果开始。在PIL中,基础的类是Image类,首先有必要讲一下图片的mode。它有以下几种:

  • 1 (1-bit pixels, black and white, stored with one pixel per byte)
  • L (8-bit pixels, black and white):用来表示灰度图
  • P (8-bit pixels, mapped to any other mode using a colour palette)
  • RGB (3x8-bit pixels, true colour)
  • RGBA (4x8-bit pixels, true colour with transparency mask)
  • CMYK (4x8-bit pixels, colour separation)
  • YCbCr (3x8-bit pixels, colour video format)
  • I (32-bit signed integer pixels)
  • F (32-bit floating point pixels)

在开始素描效果之前,我们需要首先进行灰度图像预处理。所幸的是,用PIL非常容易实现。设img是Image类的实例,我们只要用convert函数强制转换为L模式即可。

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img = img.convert("L")

不过还是有必要讲一下灰度预处理。何谓图像灰度化呢?图像灰度化即是使色彩的三种颜色分量的R,G,B的分量值相等,由于R,G,B的取值范围是[0, 255],所以灰度图像能够表示256种灰度颜色******像灰度法主要有三种算法:

  1. 最大值法(Maximum):使R、G、B的值等于三个色彩分量中的最大的一个分量值,即:R=G=B=Max(R,G,B)。
  2. 平均值法(Average):使R、G、B的值等于三个色彩分量的三个色彩分量的平均值,即:R=G=B= (R+G+B)/3。 
  3. 加权平均值法(Weight Average):在这里我给R、G、B三分量分别附上不同的权值,表示为:R=G=B=WR*R+WG*G+WB*B ,其中WR,WG,WB分别是R、G、B的权值。在这里考虑由于人眼对绿色的敏感度最高,红色次之,对蓝色的敏感度最低,因此,当权值 WG > WR > WB时,所产生的灰度图像更符合人眼的视觉感受。PIL库使用ITU-R 601-2 luma transform:
    L = R * 299/1000 + G * 587/1000 + B * 114/1000
    即 WR=29.9%,WG=58.7%,WB=11.4%。

素描滤镜的处理关键是对边缘的查找。通过对边缘的查找可以得到物体的线条感。在对图像进行灰度化处理后,我们首先定义一个阈值(threshold)。我们知道素描主要强调的是明暗度的变化,绘制时是斜向方向,通过经验,我们将每个像素点的灰度值与其右下角的灰度值进行比较,当大于这个阈值时,就判断其是轮廓并绘制。

以下是素描滤镜的主函数:

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from PIL import Image
 
def sketch(img, threshold):
    ‘‘‘
    素描
    param img: Image实例
    param threshold: 介于0到100
    ‘‘‘
    if threshold < 0: threshold = 0
    if threshold > 100: threshold = 100
     
    width, height = img.size
    img = img.convert(‘L‘) # convert to grayscale mode
    pix = img.load() # get pixel matrix
 
    for w in xrange(width):
        for h in xrange(height):
            if w == width-1 or h == height-1:
                continue
             
            src = pix[w, h]
            dst = pix[w+1, h+1]
 
            diff = abs(src - dst)
 
            if diff >= threshold:
                pix[w, h] = 0
            else:
                pix[w, h] = 255
 
    return img

接着,我们写一个测试部分来看看效果:

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if __name__ == "__main__":
    import sys, os
 
    path = os.path.dirname(__file__) + os.sep.join([‘‘, ‘images‘, ‘lam.jpg‘])
    threshold = 15
     
    if len(sys.argv) == 2:
        try:
            threshold = int(sys.argv[1])
        except ValueError:
            path  = sys.argv[1]
    elif len(sys.argv) == 3:
        path = sys.argv[1]
        threshold = int(sys.argv[2])
 
    img = Image.open(path)
    img = sketch(img, threshold)
    img.save(os.path.splitext(path)[0]+‘.sketch.jpg‘, ‘JPEG‘)

可以在命令行中指定文件名和阈值,或者只指定阈值,或者不带参数。我的测试图片为:

技术分享图片

效果图片:

技术分享图片

不同的阈值,生成的效果不同。阈值越小,绘制的像素点就越多。

对于铅笔画来说,原理和素描十分相似,但是大家学过画画的就知道,素描强调的是阴影的效果,是斜向作画,而铅笔画主要是勾勒轮廓。因此在对每个像素点的处理上,就和素描产生变化。对于任意一个像素点,求出这个像素点的R、G、B三个分量与周围8个点的相应分量的平均值的差,如果这三个差都大于或者等于某个阈值,就画出线条。最后,铅笔画的作画不是单调的一种颜色,因此加入Alpha分量,大小等于对应点的alpha分量即可。于是,代码如下;

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def pencil(img, threshold):
    ‘‘‘
    铅笔画
    param img: instance of Image
    param threshold
    ‘‘‘
    if threshold < 0: threshold = 0
    if threshold > 100: threshold = 100
 
    width, height = img.size
    dst_img = Image.new("RGBA", (width, height))
 
    if img.mode != "RGBA":
        img = img.convert("RGBA")
 
    pix = img.load()
    dst_pix = dst_img.load()
 
    for w in xrange(width):
        for h in xrange(height):
            if w == 0 or w == width - 1 \
               or h == 0 or h == height - 1:
                continue
 
            # 包括当前像素周围共9个像素点
            around_wh_pixels = [pix[i, j][:3] for j in xrange(h-1, h+2) for i in xrange(w-1, w+2)]
            # 排除当前像素点
            exclude_wh_pixels = tuple(around_wh_pixels[:4] + around_wh_pixels[5:])
            # 把各个像素点的各个分量求平均值         
            RGB = map(lambda l: int(sum(l) / len(l)), zip(*exclude_wh_pixels))
             
            cr_p = pix[i, j] # 当前像素点
 
            cr_draw = all([abs(cr_p[i] - RGB[i]) >= threshold for i in range(3)])
            
            if cr_draw:
                dst_pix[w, h] = 0, 0, 0, cr_p[3]
            else:
                dst_pix[w, h] = 255, 255, 255, cr_p[3]
 
    return dst_img

效果如图:

技术分享图片

来自:http://qinxuye.me/article/implement-sketch-and-pencil-with-pil/

用PIL实现滤镜(一)——素描、铅笔画效果

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原文地址:https://www.cnblogs.com/zhn620/p/9251192.html

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