使用numpy和pil将565(16位色)转换为888(24位色)

Question

我得先说明一下，我现在有一个用位移和putpixel的方法可以工作，但速度非常慢，所以我想用numpy来加快这个过程。我觉得我快成功了，但还差一点。我测了一下我认为可以工作的代码，发现时间提高了0.3秒，这让我更有动力去改进。

我现在能用的代码是：

buff # a binary set of data
im = Image.new("RGBA",(xdim,ydim))
for y in xrange(ydim):
    for x in xrange(xdim):
        px = buff[x*y]
        # the 255 is for the alpha channel which I plan to use later
        im.putpixel((x,y),(px&0xF800) >> 8, (px&0x07E0) >> 3, (px&0x001F) <<3, 255))
return im

我想让它工作的代码看起来是这样的：

im16 = numpy.fromstring(buff,dtype=numpy.uint16) #read data as shorts
im16 = numpy.array(im16,dtype=numpy.uint32) #now that it's in the correct order, convert to 32 bit so there is room to do shifting
r    = numpy.right_shift(8, im16.copy() & 0xF800)
g    = numpy.right_shift(3, im16.copy() & 0x07E0)
b    = numpy.left_shift( 3, im16 & 0x001F)
pA   = numpy.append(r,g)
pB   = numpy.append(b,numpy.ones((xdim,ydim),dtype=numpy.uint32) * 0xFF) #this is a black alpha channel
img  = numpy.left_shift(img,8) #gives me green channel
im24 = Image.fromstring("RGBA",(xdim,ydim),img)
return im24

所以最后的问题是，颜色通道没有正确结合，我觉得我不应该再做最后的位移（注意，如果我不位移8位，我能得到红色通道）。如果能帮我正确地把所有东西结合起来，我会非常感激。

解决方案

import numpy as np
arr = np.fromstring(buff,dtype=np.uint16).astype(np.uint32)
arr = 0xFF000000 + ((arr & 0xF800) >> 8) + ((arr & 0x07E0) << 5) + ((arr & 0x001F) << 19)
return Image.frombuffer('RGBA', (xdim,ydim), arr, 'raw', 'RGBA', 0, 1)

关键在于你需要把它打包成MSB（透明度，蓝色，绿色，红色）LSB，这和putpixel的方式有点反直觉，但这样做是有效的，而且效果很好。

Answer 1

如果你想要正确地进行缩放，这里有一个更符合PIL（Python Imaging Library）风格的方法来解决你的问题。

FROM_5 = ((np.arange(32, dtype=numpy.uint16) * 255 + 15) // 31).astype(numpy.ubyte)
FROM_6 = ((np.arange(64, dtype=numpy.uint16) * 255 + 31) // 63).astype(numpy.ubyte)

data = numpy.fromstring(buff, dtype=numpy.uint16)
r = Image.frombuffer('L', shape, FROM_5[data >> 11], 'raw', 'L', 0, 1)
g = Image.frombuffer('L', shape, FROM_6[(data >> 5) & 0x3F], 'raw', 'L', 0, 1)
b = Image.frombuffer('L', shape, FROM_5[data & 0x1F], 'raw', 'L', 0, 1)
return Image.merge('RGB', (r, g, b))

Answer 2

警告：下面的代码还没有经过检查，但我觉得这应该能满足你的需求（前提是我理解得没错）：

import numpy as np
arr = np.fromstring(buff,dtype=np.uint16).astype(np.uint32)
arr = ((arr & 0xF800) << 16) + ((arr & 0x07E0) << 13) + ((arr & 0x001F) << 11) + 0xFF
return Image.frombuffer('RGBA', (xdim,ydim), arr, 'raw', 'RGBA', 0, 1)

我把所有的颜色通道合并成了32位。在进行位移操作的那一行，最左边的8位是红色，接下来的8位是绿色，再接下来的8位是蓝色，最后的8位是透明度（alpha）。位移的数字可能看起来有点奇怪，因为我参考了16位格式的位移方式。此外，我使用了 frombuffer，这样我们就可以利用Numpy正在使用的缓冲区，而不是先转换成字符串。

你可以看看这个页面。我觉得它不是特别好，但根据我的经验，这就是使用PIL时的情况。文档其实并不太友好，老实说我常常觉得很困惑，不过我也不打算自告奋勇去重写它，因为我不常用PIL。