《數(shù)字圖像處理-OpenCV/Python》連載（4）圖像的讀取與保存

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第1章 圖像的基本操作

為了方便初學(xué)者從零開始學(xué)習(xí)OpenCV-Python，本書從圖像的讀取、保存和顯示等基本操作開始介紹，使讀者可以循序漸進(jìn)地使用和理解本書的每一個(gè)例程。

本章內(nèi)容概要
◎ 圖像、視頻文件和多幀圖像（動(dòng)圖）的讀取與保存。
◎ 從網(wǎng)絡(luò)地址讀取圖像和含中文路徑圖像的讀取方法。
◎ 圖像的顯示方法，包括使用Matplotlib顯示圖像。
◎ 使用攝像頭拍攝視頻及圖像的方法。

1.1　圖像的讀取與保存

1.1.1　圖像的讀取

函數(shù)cv.imread用于從指定文件加載圖像并返回該圖像的矩陣。

函數(shù)原型
cv.imread(filename[, flags=IMREAD_COLOR]) → retval

參數(shù)說(shuō)明

• filename：讀取圖像的文件路徑和文件名，包括文件擴(kuò)展名。
• flags：讀取方式的參數(shù)，可選項(xiàng)如下。
  • IMREAD_COLOR：始終將圖像轉(zhuǎn)換為三通道BGR格式的彩色圖像，是默認(rèn)方式。
  • IMREAD_GRAYSCALE：始終將圖像轉(zhuǎn)換為單通道灰度圖像。
  • IMREAD_UNCHANGED：按原樣返回加載的圖像（使用Alpha通道）。
  • IMREAD_ANYDEPTH：輸入具有相應(yīng)深度時(shí)會(huì)返回16位或32位圖像，否則會(huì)轉(zhuǎn)換為8位圖像。
  • IMREAD_ANYCOLOR：以任何可能的顏色格式讀取圖像。
• retval：返回值，讀取的OpenCV圖像為多維Numpy數(shù)組。

注意問(wèn)題
（1） 在OpenCV中，最常用的圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是C++語(yǔ)言定義的Mat類。在Python語(yǔ)言中，Mat類的對(duì)象創(chuàng)建和操作是通過(guò)Numpy數(shù)組實(shí)現(xiàn)的。OpenCV對(duì)圖像的任何操作，本質(zhì)上都是對(duì) Numpy數(shù)組的運(yùn)算。
（2） OpenCV讀取圖像文件，返回值是二維或三維Numpy數(shù)組。當(dāng)讀取灰度圖像時(shí)，返回值是形為(h,w)的二維數(shù)組；當(dāng)讀取彩色圖像時(shí)，返回值是形為(h,w,ch)的三維數(shù)組。
（3） 如果無(wú)法讀取圖像（如文件不存在、權(quán)限不正確、格式不被支持或無(wú)效），并不會(huì)有報(bào)錯(cuò)提示，而會(huì)返回一個(gè)空矩陣。
（4） 該函數(shù)不支持帶有中文或空格的文件路徑和文件名，但也不會(huì)出現(xiàn)報(bào)錯(cuò)提示。當(dāng)必須使用中文路徑或文件名時(shí)，可以使用函數(shù)cv.imdecode 處理，具體參見【例程0103】。
（5） 在OpenCV中，使用的彩色圖像為BGR格式的圖像，讀取圖像文件后，圖像文件可按B/G/R的順序存儲(chǔ)為多維數(shù)組。PIL、PyQt、Matplotlib 等庫(kù)使用的是RGB格式的圖像，圖像文件按R/G/B的順序存儲(chǔ)。
（6） 該函數(shù)默認(rèn)忽略圖像的透明通道（Alpha通道），通過(guò)設(shè)置參數(shù)flags=IMAGE_
UNCHANGED可以讀取透明通道。
（7） 對(duì)于彩色圖像文件，該函數(shù)默認(rèn)按彩色圖像格式讀取，也可以通過(guò)設(shè)置flags=0讀取為灰度圖像格式。將彩色圖像格式讀取為灰度圖像格式，本質(zhì)上是讀取的彩色圖像，并將彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。
（8） 目前支持的文件及擴(kuò)展名如下。
◎ Windows 位圖：.bmp、.dib。
◎ JPEG 文件：.jpeg、.jpg、.jpe。
◎ JPEG 2000文件：.jp2。
◎ 便攜式網(wǎng)絡(luò)圖形：.png。
◎ WebP：.webp。
◎ 便攜式圖像：.pbm、.pgm、.ppm、.pxm、.pnm。
◎ TIFF 文件：.tiff、.tif。

1.1.2　圖像的保存

函數(shù)cv.imwrite可以基于擴(kuò)展名的格式將圖像保存到指定文件。
函數(shù)原型
cv.imwrite(filename, img[,params]) → retval

參數(shù)說(shuō)明

• filename：保存圖像的文件路徑和文件名，包括文件擴(kuò)展名。
• img：要保存的 OpenCV 圖像，格式為多維Numpy數(shù)組。
• params：編碼格式參數(shù)，可選項(xiàng)如下。
  • IMWRITE_JPEG_QUALITY：設(shè)置JPEG/JPG格式圖片的質(zhì)量。數(shù)值越大，圖片質(zhì)量越高，取值范圍為0～100，默認(rèn)值為95。
  • IMWRITE_PNG_COMPRESSION：設(shè)置PNG 格式圖片的壓縮比。數(shù)值越大，壓縮比越大，取值范圍為0～9，默認(rèn)值為3。
  • IMWRITE_TIFF_RESUNIT：設(shè)置TIF 格式圖片的分辨率。
  • IMWRITE_WEBP_QUALITY：設(shè)置WEBP 格式圖片的質(zhì)量。數(shù)值越大，圖片質(zhì)量越高，取值范圍為1～100，默認(rèn)值為100。
  • IMWRITE_JPEG2000_COMPRESSION_X1000：設(shè)置JPEG2000格式圖片的質(zhì)量，默認(rèn)值為1000。
• retval：返回值，是布爾值，保存成功標(biāo)志。
  ?
  注意問(wèn)題
  （1） 圖像通常保存為8位單通道圖像或BGR三通道彩色圖像，而BGRA四通道圖像可以使用Alpha通道保存為PNG圖像，更多設(shè)置詳見OpenCV說(shuō)明文檔（鏈接1-1）。
  （2） 函數(shù)cv.imwrite將OpenCV圖像（多維Numpy數(shù)組）保存為圖像文件，圖像的保存格式由filename的擴(kuò)展名決定，與讀取圖像文件時(shí)的圖像格式無(wú)關(guān)。
  （3） 函數(shù)cv.imwrite不支持帶有中文或空格的文件路徑和文件名，但也不會(huì)有報(bào)錯(cuò)提示。需要使用中文路徑或文件名時(shí)，可以使用函數(shù)cv.imdecode 處理，參見【例程0103】。

【例程0101】用OpenCV讀取和保存圖像文件

本例程用OpenCV讀取和保存圖像文件，注意讀取圖像文件時(shí)的參數(shù)設(shè)置。

# 【0101】用OpenCV 讀取和保存圖像文件
import cv2 as cv

if __name__ == '__main__':
    # 讀取圖像文件，支持 BMP、JPG、PNG、TIFF 等常用格式
    filepath = "../images/Lena.tif"  # 讀取圖像文件的路徑
    img = cv.imread(filepath, flags=1)  # flags=1 讀取彩色圖像文件(BGR)
    gray = cv.imread(filepath, flags=0)  # flags=0 讀取為灰度圖像

    saveFile = "../images/imgSave1.png"  # 保存圖像文件的路徑
    cv.imwrite(saveFile, img, [int(cv.IMWRITE_PNG_COMPRESSION), 8])
    cv.imwrite("../images/imgSave2.png", gray)
 

程序說(shuō)明
 （1） 本例程讀取的圖像文件是彩色圖像文件。讀取為彩色圖像時(shí)可以設(shè)置flags=1，也可以省略；讀取為灰度圖像時(shí)必須設(shè)置flags=0。
 （2） 讀取和保存圖像文件可以使用相對(duì)路徑或絕對(duì)路徑。
 （3） 讀取文件時(shí)要注意檢查指定路徑的圖像文件是否存在。
 


【例程0102】從網(wǎng)絡(luò)地址讀取圖像文件
 
本例程使用函數(shù)cv.imdecode從指定的內(nèi)存緩存中讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖像格式，用于從網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)中恢復(fù)圖像。
 
# 【0102】從網(wǎng)絡(luò)地址讀取圖像文件
import cv2 as cv
import numpy as np

if __name__ == '__main__':
    import urllib.request as request
    response = request.urlopen\
        ("https://profile.yssmx.com/8/E/F/0_youcans")  # 指定的 url 地址
    imgUrl = cv.imdecode(np.array(bytearray(response.read()), dtype=np.uint8), -1)

    cv.imshow("imgUrl", imgUrl)  # 在窗口顯示圖像
    key = cv.waitKey(5000)  # 5000 毫秒后自動(dòng)關(guān)閉
    cv.destroyAllWindows()

程序說(shuō)明
（1） 從網(wǎng)絡(luò)地址讀取圖像文件不能使用函數(shù)cv.imread，而要使用函數(shù)cv.imdecode。
（2） 函數(shù)cv.imdecode能將圖像編碼為流數(shù)據(jù)，賦值到內(nèi)存緩存中，以方便網(wǎng)絡(luò)傳輸。

【例程0103】讀取和保存文件路徑中帶有中文字符的圖像

本例程用于讀取/保存文件路徑中帶有中文字符的圖像。

# 【0103】讀取和保存文件路徑中帶有中文字符的圖像
import cv2 as cv
import numpy as np

if __name__ == '__main__':
    filepath = "../images/測(cè)試圖01.tif"  # 帶有中文的文件路徑和文件名
    # img1 = cv.imread(filepath, flags=1)  # 中文路徑讀取失敗，但不會(huì)報(bào)錯(cuò)
    img2 = cv.imdecode(np.fromfile(filepath, dtype=np.uint8), flags=-1)

    saveFile = "../images/測(cè)試圖02.tif"  # 帶有中文的保存文件路徑
    # cv.imwrite(saveFile, img2)  # 中文路徑保存失敗，但不會(huì)報(bào)錯(cuò)
    cv.imencode(".jpg", img2)[1].tofile(saveFile)

程序說(shuō)明
如果讀取/保存圖像的路徑和文件名中含有中文字符，則不能用函數(shù)cv.imread/cv.imwrite操作，可以使用函數(shù)cv.imdecode/cv.imencode處理。

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