图像处理中媲美matlab的python包——scikit-image(skimage)包的用法详解

前言:

基于python的图片处理包还是很多的,比如PIL,Pillow, opencv, scikit-image等。其中,PIL和Pillow只提供最基础的数字图像处理,功能有限;opencv本质上是一个c++库,只是提供了python的接口,官方更新速度非常慢,而且安装很不容易。综合来看,scikit-image是基于scipy的一款图像处理包,它功能非常齐全,同时将图片作为numpy数组进行处理,几乎集合了matlab的所有图像处理功能,在数据的处理方式,函数名字等方面对matlab的模仿姿势非常到位。

更为重要的是,作为python的一个图像处理包,这个包是完全开源免费的,而且可以依托于python强大的功能,与tensorflow等软件配合使用于主流的深度学习等领域。因此,用scikit-image进行图像处理是一个非常好的选择,matlab能干的事情它都能干,matlab不能干的事情他也可以,个人认为在数字图像处理领域,它是完全可以代替matlab的。价格昂贵且界面并不怎么美观的matlab简直要哭晕在厕所。

当然,如果有一定的编程基础,学习这个包最好的方法是去看官方文档,scikit-image官方文档,对于初学者来说,可以先看以下通俗版的介绍入门。

一、安装。

这个包使用pip安装会 错,推荐使用离线安装,具体安装方法参见:windows下python3安装cv2,skimage(scikit-image)模块的方法

二、导入scikit-image包

这个包有非常多的子模块,分别负责不同的功能,所以在导入的时候,对于不同的功能可以分别导入不同的模块,各模块的功能如下:

子模块名称 主要实现功能
io 读取、保存和显示图片或视频
data 提供一些测试图片和样本数据
color 颜色空间变换
filters 图像增强、边缘检测、排序滤波器、自动阈值等
draw 操作于numpy数组上的基本图形绘制,包括线条、矩形、圆和文本等
transform 几何变换或其它变换,如旋转、拉伸和拉东变换等
morphology 形态学操作,如开闭运算、骨架提取等
exposure 图片强度调整,如亮度调整、直方图均衡等
feature 特征检测与提取等
measure 图像属性的测量,如相似性或等高线等
segmentation 图像分割
restoration 图像恢复
util 通用函数

下边分别叙述

1、读取,显示图像。(用到的模块:io)

其中,as_grey属性如果是True,则读入彩图之后自动转换成灰度图像,否则读入彩图,默认为False。
读入图片之后,可以获取图片的各种属性

2、保存图像

读取时matlab的语法几乎相同,写入图片文件时,将matlab中的函数改成函数即可。

保存图片的时候也可以随便保存为不同的格式(jpg,png等)。

对于二值图像来说,用函数直接保存会得到一张黑色的图像,个人觉得是因为保存的时候程序依旧以为图片的数值范围是0~255,需要转换一下数据类型,有知道的更方便的解决办法的可以在评论区交流

3、图像的裁剪,缩放。(用到的模块:transform)

1)改变图片尺寸resize

同样,提供了函数,和matlab里重新调整图像大小的语法没有丝毫区别。

image: 需要改变尺寸的图片

output_shape: 新的图片尺寸

可以将图片变成80*60大小。

4、图片的连通域标记与选择(用到的模块:measure)

1)获取连通域及其属性

获取图像连通域是图像处理中比较高级的功能,matlab可以通过函数直接获取图像的连通域,在skimage包中,我们同样可以采用measure子模块下的label()函数来实现相同的效果。

函数格式:

  • connectivity表示连接的模式,1代表4邻接,2代表8邻接。

返回一个与图像同样大小的数组,背景都是0,对于前景的连通域从1开始往上标记。

当然,此时做到的只是对连通域进行标记给人看,如果想分别对每一个连通区域进行操作,比如计算面积、外接矩形、凸包面积等,则需要调用measure子模块的regionprops()函数。在同上导入measure包之后,该函数格式为:

这样,我们就可以从“label_att”这个数组里获取图像里任意一个连通域的属性,属性列表如下:

属性名称 类型 描述
area int 区域内像素点总数
bbox tuple 边界外接框(min_row, min_col, max_row, max_col)
centroid array 质心坐标
convex_area int 凸包内像素点总数
convex_image ndarray 和边界外接框同大小的凸包
coords ndarray 区域内像素点坐标
Eccentricity float 离心率
equivalent_diameter float 和区域面积相同的圆的直径
euler_number int 区域欧拉数
extent float 区域面积和边界外接框面积的比率
filled_area int 区域和外接框之间填充的像素点总数
perimeter float 区域周长
label int 区域标记

这里需要注意的是:measure.label函数获取的连通域背景是0,前景的连通域其实是从1开始计算,而measure.regionprops函数获取的连通域不包含背景,前景的连通域属性就是从0开始的。
下面举一个例子:
随便找一张图片如下:

label_att值

可以看到labels找出了5个连通域,而label_att却只有四个连通域的属性,这是因为不包括背景的连通域的属性。

2)删除小块区域

图片难免会有噪声,在以上获取连通域处理的时候,噪点也会算作是一个很小的连通域,morphology子模块的remove_small_objects()函数提供了方便的噪点去除功能。函数格式(一般与上一个函数连用):

img1是删除了小于连通域面积阈值的二值图像。
其中,各参数含义如下:

  • ar: 上边的获取的标记好连通域的数组
  • connectivity: 邻接模式,1表示4邻接,2表示8邻接
  • in_place: bool型值,如果为True,表示直接在输入图像中删除小块区域,否则进行复制后再删除。默认为False.

附录:

scikit-image这个包对matlab的模仿甚至还体现在很多细节上,比如说,matlab会自带一些图片让用户进行测试,如果我们不想从外部读取图片,就可以直接使用这些示例图片对函数进行测试,scikit-image包同样也有如下功能:
而且使用方法也很简单:

astronaut 宇航员图片
coffee 一杯咖啡图片
lena lena美女图片
camera 拿相机的人图片
coins 硬币图片
moon 月亮图片
checkerboard 棋盘图片
horse 马图片
page 书页图片
chelsea 小猫图片
hubble_deep_field 星空图片
text 文字图片
clock 时钟图片
immunohistochemistry 结肠图片

图片名对应的就是函数名,这些示例图片存放在skimage的安装目录下面,路径名称为data_dir,也可以将这个路径打印出来:

参考资料:

1 . python数字图像处理(18):高级形态学处理

2. python skimage图像处理(一)有一些图片裁剪相关的内容

文章知识点与官方知识档案匹配,可进一步学习相关知识Python入门技能树人工智能机器学习工具包Scikit-learn212663 人正在系统学习中

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