Python数字图像处理(4):图像数据类型以及颜色空间转换

一、数字图像类型以及转换

在skimage中，一张图片就是一个简单的numpy数组，数组的数据类型有很多种，相互之间也可以转换。这些数据类型及取值范围如下表所示：

Data Type	Range
unit8	0 - 255
unit16	0 - 65535
unit32	0 - 2^32
float	-1 - 1 or 0 - 1
int8	-128 to 127
int16	-32768 to 32767
int32	-2^32 - 2^32-1

一张图片的像素范围是[0, 255]，所以类型是unit8，可以通过以下代码查看图像的数据类型：

    from skimage import io, data
    img = data.chelsea()
    print(img.dtype.name)

输出为unit8。
关于上表，需要注意的是float类型，它的范围是[0, 1] 或者[-1, 1]。一张彩色图转换成灰度图之后就有unit8变成了float了。

1、unit8转换成float

    from skimage import io, data, img_as_float
    img = data.chelsea()
    print(img.dtype.name)
    img_grey = cimg_as_float(img)
    print(img_grey.dtype.name)

输出为：
uint8 float64

2、float转换成unit8

from skimage import img_as_ubyte
import numpy as np
img = np.array([[0.2], [0.5], [0.1]], dtype=float)
print(img.dtype.name)
img_unit8 = img_as_ubyte(img)
print(img_unit8.dtype.name)

输出为：
float64 uint8
float转为unit8，有可能会造成数据的损失，因此会有警告提醒。
除了这两种最常用的转换以外，其实有一些其它的类型转换，如下表：

函数名	功能
img_as_float	Convert to 64-bit floating point.
img_as_ubyte	Convert to 8-bit uint.
img_as_uint	Convert to 16-bit uint.
img_as_int	Convert to 16-bit int.

二、颜色空间及其转换

要想改变图像的数据类型，除了前文直接改变数据类型，我们还可以通过转换颜色空间来实现。
常用的颜色空间有灰度空间、RGB空间、HSV空间和CMKY空间，颜色空间转换以后，数据类型都变成了float类型，所有的颜色空间转换函数都在skimage的color模块中。

例一：RGB图转换成灰度图

    from skimage import io, data, color
    image = data.chelsea()
    image_grey = color.rgb2gray(image)
    io.imshow(image_grey)
    io.show()     

输出：

灰度小猫
print(image.dtype.name, image_grey.dtype.name)
('uint8', 'float64')
其它的转换，用法都是一样的，列举常用的如下：
skimage.color.rgb2grey(rgb) skimage.color.rgb2hsv(rgb) skimage.color.rgb2lab(rgb) skimage.color.gray2rgb(image) skimage.color.hsv2rgb(hsv) skimage.color.lab2rgb(lab)
其实上面函数的功能都可以通过一个函数来代替：
skimage.color.convert_colorspace(arr, fromspace, tospace)
表示将arr从fromspace颜色空间转换到tospace颜色空间。
比如我们可以用其实现小猫图像由RGB到HSV的转换：

    from skimage import io, data, color
    image = data.chelsea()
    image_hsv = color.convert_colorspace(image, 'RGB', 'HSV')
    io.imshow(image_hsv)
    io.show()

输出我就不贴了，图片太吓人。。
在color模块中还有一个特别有用的函数：
skimage.color.label2rgb(arr)，可以根据标签值对图片进行着色。

例二、将小猫图片分三类并着色

from skimage import io, data, color
import numpy as np

image = data.chelsea()
image_grey = color.rgb2gray(image)
rows, cols = image_grey.shape
labels = np.zeros([rows, cols])
for i in range(rows):
    for j in range(cols):
        if image_grey[i, j] >0.66:
            labels[i, j] = 0
        elif image_grey[i, j] > 0.33:
            labels[i, j] = 1
        else:
            labels[i, j] = 2
label_image = color.label2rgb(labels)
io.imshow(label_image)
io.show()

输出为：

标签小猫