6 βιβλιοθήκες επεξεργασίας εικόνας Python για αποτελεσματικό οπτικό χειρισμό
Αντιλαμβανόμαστε τον κόσμο γύρω μας κυρίως οπτικά. Οι άνθρωποι είναι σε θέση να αναγνωρίζουν αντικείμενα, να αντιλαμβάνονται την απόσταση και ακόμη και να μαντεύουν την υφή μόνο βλέποντας εικόνες.
Ωστόσο, παρά το πόσο συνηθισμένο και εύκολο φαίνεται να είναι, παραμένει κάπως άπιαστο όταν προσπαθείτε να προγραμματίσετε υπολογιστές για να το εκτελέσουν. Ωστόσο, υπάρχουν αλγόριθμοι που έχουν αναπτυχθεί όλα αυτά τα χρόνια για να βοηθήσουν τους υπολογιστές να εκτελέσουν αυτό το φαινομενικά τρομακτικό έργο της επεξεργασίας εικόνας. Τ
Αυτοί οι αλγόριθμοι έχουν εφαρμοστεί σε κώδικα και έχουν διανεμηθεί ως βιβλιοθήκες λογισμικού που θα καλύψουμε σε αυτό το άρθρο.
Πίνακας περιεχομένων
Τι είναι η επεξεργασία εικόνας;
Η επεξεργασία εικόνας είναι μέρος της όρασης υπολογιστή. Περιλαμβάνει τις εργασίες που εκτελούνται σε εικόνες για την προετοιμασία για τη χρήση τους στη μηχανική μάθηση και, γενικά, στην τεχνητή νοημοσύνη.
Είναι χρήσιμο για τον εντοπισμό και την αναγνώριση αντικειμένων σε εικόνες. Αυτό θα μπορούσε να ισχύει για την κατασκευή αυτοοδηγούμενων αυτοκινήτων και ρομπότ και την ταξινόμηση εικόνων για τον εντοπισμό πραγμάτων όπως περιεχόμενο μίσους.
Εφαρμογές Επεξεργασίας Εικόνας
Η επεξεργασία εικόνας χρησιμοποιείται σε πολλά πεδία. Μερικές από τις πιο κοινές και χρήσιμες εφαρμογές του περιλαμβάνουν:
- Ιατρική απεικόνιση και διάγνωση όπου η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να διαγνώσει ασθενείς από σάρωση
- Ασφάλεια κατά την εφαρμογή βιομετρικών συστημάτων ασφαλείας και συστημάτων επιτήρησης κτιρίων.
- Ρομποτική κατά την κατασκευή ρομπότ ικανών να δουν το περιβάλλον τους. Σε αυτά περιλαμβάνονται αυτοκίνητα αυτόνομης οδήγησης.
- Επαυξημένη πραγματικότητα, για παράδειγμα, φίλτρα. Η επεξεργασία εικόνας χρησιμοποιείται για την αναγνώριση αντικειμένων και την εφαρμογή φίλτρων σε αυτά.
- Ανάλυση κυκλοφορίας για ανάγνωση πινακίδων κυκλοφορίας. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί στις αρχές επιβολής του νόμου για τον εντοπισμό οδηγών που δεν σταματούν στα κόκκινα φανάρια ή σε παγίδες ταχύτητας.
Υπάρχουν διάφοροι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία εικόνας. Αυτά περιλαμβάνουν μορφολογική διαστολή και διάβρωση, Gaussian, μετασχηματισμό Fourier, ανίχνευση ακμών και επεξεργασία εικόνας κυματιδίων.
Ελλείψει βιβλιοθηκών λογισμικού, θα έπρεπε κανείς να εφαρμόσει αυτούς τους αλγόριθμους από την αρχή. Ευτυχώς, υπάρχουν προγραμμένες βιβλιοθήκες που υλοποιούν την απαιτούμενη λειτουργικότητα. Αυτή είναι μια λίστα με μερικά από τα πιο κοινά.
OpenCV
Το OpenCV είναι μια από τις πιο δημοφιλείς βιβλιοθήκες επεξεργασίας εικόνας. Χρησιμοποιείται για την εφαρμογή αλγορίθμων υπολογιστικής όρασης και την εκτέλεση μηχανικής μάθησης και επεξεργασίας εικόνας.
Επιπλέον, διατίθεται δωρεάν και είναι ανοιχτού κώδικα. Επιπλέον, το OpenCV είναι ευέλικτο καθώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί με μια ποικιλία γλωσσών προγραμματισμού. Αυτά περιλαμβάνουν Python, C++ και Java.
Η βιβλιοθήκη υλοποιεί πολλές από τις λειτουργίες και τους αλγόριθμους που θα χρειαστείτε για την επεξεργασία εικόνας. Αυτά περιλαμβάνουν την ανίχνευση ακμών, την εξαγωγή χαρακτηριστικών, τους μετασχηματισμούς, τις περιστροφές, την αλλαγή μεγέθους και τη βελτίωση.
Scikit-εικόνα
Το Scikit-image προσφέρει έναν εύχρηστο και αποτελεσματικό τρόπο για την εκτέλεση επεξεργασίας εικόνας. Επιτρέπει την είσοδο/έξοδο εικόνας, τον μετασχηματισμό, το φιλτράρισμα, την τμηματοποίηση, την εξαγωγή χαρακτηριστικών, την αποκατάσταση εικόνας και τους γεωμετρικούς μετασχηματισμούς.
Η βιβλιοθήκη ενσωματώνεται με άλλες επιστημονικές βιβλιοθήκες υπολογιστών και επιτρέπει στους χρήστες να χειρίζονται και να βελτιώνουν εύκολα τις εικόνες για διάφορες εφαρμογές, από βασικές λειτουργίες όπως η αλλαγή μεγέθους έως προηγμένες εργασίες όπως η αναγνώριση αντικειμένων ή η αποκατάσταση εικόνων.
SimpleITK
Το SimpleITK είναι μια απλοποιημένη έκδοση του ITK. Το ITK (Insight Toolkit) είναι μια βιβλιοθήκη πολλαπλών πλατφορμών και ανοιχτού κώδικα για ανάλυση εικόνας. Το SimpleITK υποστηρίζει ανάγνωση και εγγραφή εικόνων από περισσότερες από 20 μορφές αρχείων εικόνας.
Εκτός από την Python, λειτουργεί και με άλλες γλώσσες προγραμματισμού όπως R, Java, Ruy, Lua, C++ και C#. Παρέχει ένα ευρύ φάσμα λειτουργιών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εργασία με εικόνες.
Το SimpleITK είναι επίσης ισχυρό καθώς υποστηρίζει την εργασία με εικόνες 2D, 3D, 4D και 5D. Υποστηρίζει επίσης παράλληλη επεξεργασία για επιτάχυνση των λειτουργιών.
SciPy
Ο SciPy είναι ξάδερφος της δημοφιλούς βιβλιοθήκης αριθμητικής ανάλυσης, NumPy. Το SciPy χρησιμοποιείται για επιστημονικούς υπολογισμούς, ενώ το NumPy για αριθμητικούς υπολογισμούς. Επειδή το SciPy χρησιμοποιεί NumPy κάτω από την κουκούλα, είναι πολύ γρήγορο και αποτελεσματικό.
Υποστηρίζει επίσης την εργασία με πολυδιάστατες εικόνες. Η βιβλιοθήκη υλοποιεί λειτουργίες για την εκτέλεση φιλτραρίσματος, μορφολογίας, μετρήσεων αντικειμένων και παρεμβολής B-spline.
Μαξιλάρι
Το Pillow είναι μια συνέχεια της Python Imaging Library (PIL). Το PIL ήταν μια βιβλιοθήκη για εργασία με εικόνες στην Python. Ωστόσο, δούλεψε μόνο με την Python2 και διακόπηκε το 2011.
Το μαξιλάρι είναι ένα πιρούνι του έργου. Υποστηρίζει την ανάγνωση εικόνων από διαφορετικές μορφές αρχείων στη δική του εσωτερική αναπαράσταση. Η εσωτερική αναπαράσταση του Pillow χειρίζεται τις εικόνες αποτελεσματικά και παρέχει αρκετά ισχυρές λειτουργίες επεξεργασίας εικόνας. Υποστηρίζει επίσης γρήγορη πρόσβαση σε δεδομένα και την εκτέλεση λειτουργιών όπως περιστροφές και αλλαγή μεγέθους.
pgmagick
Το pgmagick είναι μια βιβλιοθήκη Python ανοιχτού κώδικα γραμμένη από τον Hideo Huttori. Λειτουργεί ως περιτύλιγμα για το GrphicsMagick, το οποίο είναι μια συλλογή εργαλείων και βιβλιοθηκών που χρησιμοποιούνται για την ανάγνωση, τη γραφή και το χειρισμό εικόνων.
Η βιβλιοθήκη υποστηρίζει περισσότερες από 88 διαφορετικές μορφές εικόνας και μπορεί να εκτελέσει πολλές λειτουργίες, όπως λήψη μεγέθους εικόνων, ευκρίνεια ή θόλωση εικόνων, ανίχνευση άκρων, περιστροφή τους, ηλιακή ακτινοβολία, σύγκριση εικόνων και εγγραφή τους στο δίσκο.
Το pgmagick μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία gif, τη σχεδίαση κειμένου και τη μετατροπή εικόνων από διαφορετικές μορφές αρχείων.
Τελικές Λέξεις
Αν και αυτή η λίστα δεν είναι εξαντλητική, οι βιβλιοθήκες που αναφέρονται παραπάνω είναι μερικές από τις πιο δημοφιλείς βιβλιοθήκες που χρησιμοποιούνται στην επεξεργασία εικόνας. Έχουν χρησιμοποιηθεί από πολλούς ανθρώπους και οργανισμούς για την εφαρμογή συστημάτων ικανών για ανίχνευση αντικειμένων, τμηματοποίηση και ανάλυση.
Αυτό ήταν απίστευτα χρήσιμο στους τομείς της τεχνητής νοημοσύνης και της ρομποτικής. Ως εναλλακτική λύση στις βιβλιοθήκες, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε API για ανάλυση εικόνας.