使用Python PIL更改图像色调

Question

我正在使用Python的PIL库，想要调整一张图片的色调。

我对图形方面的术语不太熟悉，所以我说的“调整色调”其实就是在Photoshop里做的一个操作，叫做“色调/饱和度”：这意味着要均匀地改变图片的颜色，如下所示：

• 原图:
• 色调调整为+180（红色）:
• 色调调整为-78（绿色）:

顺便说一下，Photoshop的色调设置范围是-180到+180（-180等于+180），这可能代表了HSL色调范围（用0到360度表示）。

我想要的是一个函数，给定一个PIL图像和一个范围在[0, 1]之间的浮点数hue（或者范围在[0, 360]之间的整数，没关系），返回调整了hue的图像，就像上面的例子那样。

到目前为止，我做的事情很荒唐，显然没有得到想要的结果。它只是把我的原图和一个填充颜色的图层混合在了一起。

import Image

im = Image.open('tweeter.png')
layer = Image.new('RGB', im.size, 'red') # "hue" selection is done by choosing a color...
output = Image.blend(im, layer, 0.5)
output.save('output.png', 'PNG')

(请不要笑-) 结果:

提前谢谢你们！

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解决方案: 这里是更新后的代码，正好符合我所描述的内容。

import Image
import numpy as np
import colorsys

rgb_to_hsv = np.vectorize(colorsys.rgb_to_hsv)
hsv_to_rgb = np.vectorize(colorsys.hsv_to_rgb)

def shift_hue(arr, hout):
    r, g, b, a = np.rollaxis(arr, axis=-1)
    h, s, v = rgb_to_hsv(r, g, b)
    h = hout
    r, g, b = hsv_to_rgb(h, s, v)
    arr = np.dstack((r, g, b, a))
    return arr

def colorize(image, hue):
    """
    Colorize PIL image `original` with the given
    `hue` (hue within 0-360); returns another PIL image.
    """
    img = image.convert('RGBA')
    arr = np.array(np.asarray(img).astype('float'))
    new_img = Image.fromarray(shift_hue(arr, hue/360.).astype('uint8'), 'RGBA')

    return new_img

Answer 1

这是个好问题。PIL（Python Imaging Library）并不会直接把颜色转换成HSV或HSL色彩空间，但如果你想改变图像的色调而不影响亮度和饱和度，就需要进行这样的转换。

你需要先把颜色转换成HSV格式，然后把所有的H值（色调值）增加一些量，最后再转换回RGB格式。

其实，有一部分工作已经在我之前的一个回答中完成了。这个回答使用了另一个叫NumPy的Python模块，将RGB颜色空间转换成HSV。写一个反向转换的代码也不会太麻烦。

Answer 2

如果你最近更新了Pillow这个库，建议你使用 Image.convert() 这个方法：

def rgb2hsv(image: PIL.Image.Image):
    return image.convert('HSV')

Answer 3

在Python中，有一段代码可以把RGB颜色转换成HSV颜色（反之亦然），这段代码在标准库的colorsys模块里。我第一次尝试是用

rgb_to_hsv=np.vectorize(colorsys.rgb_to_hsv)
hsv_to_rgb=np.vectorize(colorsys.hsv_to_rgb)

来对这些函数进行向量化处理。不过，使用np.vectorize会导致代码运行得比较慢。

我通过把colorsys.rgb_to_hsv和colorsys.hsv_to_rgb转换成原生的numpy操作，成功让速度提高了大约5倍。

import Image
import numpy as np

def rgb_to_hsv(rgb):
    # Translated from source of colorsys.rgb_to_hsv
    # r,g,b should be a numpy arrays with values between 0 and 255
    # rgb_to_hsv returns an array of floats between 0.0 and 1.0.
    rgb = rgb.astype('float')
    hsv = np.zeros_like(rgb)
    # in case an RGBA array was passed, just copy the A channel
    hsv[..., 3:] = rgb[..., 3:]
    r, g, b = rgb[..., 0], rgb[..., 1], rgb[..., 2]
    maxc = np.max(rgb[..., :3], axis=-1)
    minc = np.min(rgb[..., :3], axis=-1)
    hsv[..., 2] = maxc
    mask = maxc != minc
    hsv[mask, 1] = (maxc - minc)[mask] / maxc[mask]
    rc = np.zeros_like(r)
    gc = np.zeros_like(g)
    bc = np.zeros_like(b)
    rc[mask] = (maxc - r)[mask] / (maxc - minc)[mask]
    gc[mask] = (maxc - g)[mask] / (maxc - minc)[mask]
    bc[mask] = (maxc - b)[mask] / (maxc - minc)[mask]
    hsv[..., 0] = np.select(
        [r == maxc, g == maxc], [bc - gc, 2.0 + rc - bc], default=4.0 + gc - rc)
    hsv[..., 0] = (hsv[..., 0] / 6.0) % 1.0
    return hsv

def hsv_to_rgb(hsv):
    # Translated from source of colorsys.hsv_to_rgb
    # h,s should be a numpy arrays with values between 0.0 and 1.0
    # v should be a numpy array with values between 0.0 and 255.0
    # hsv_to_rgb returns an array of uints between 0 and 255.
    rgb = np.empty_like(hsv)
    rgb[..., 3:] = hsv[..., 3:]
    h, s, v = hsv[..., 0], hsv[..., 1], hsv[..., 2]
    i = (h * 6.0).astype('uint8')
    f = (h * 6.0) - i
    p = v * (1.0 - s)
    q = v * (1.0 - s * f)
    t = v * (1.0 - s * (1.0 - f))
    i = i % 6
    conditions = [s == 0.0, i == 1, i == 2, i == 3, i == 4, i == 5]
    rgb[..., 0] = np.select(conditions, [v, q, p, p, t, v], default=v)
    rgb[..., 1] = np.select(conditions, [v, v, v, q, p, p], default=t)
    rgb[..., 2] = np.select(conditions, [v, p, t, v, v, q], default=p)
    return rgb.astype('uint8')


def shift_hue(arr,hout):
    hsv=rgb_to_hsv(arr)
    hsv[...,0]=hout
    rgb=hsv_to_rgb(hsv)
    return rgb

img = Image.open('tweeter.png').convert('RGBA')
arr = np.array(img)

if __name__=='__main__':
    green_hue = (180-78)/360.0
    red_hue = (180-180)/360.0

    new_img = Image.fromarray(shift_hue(arr,red_hue), 'RGBA')
    new_img.save('tweeter_red.png')

    new_img = Image.fromarray(shift_hue(arr,green_hue), 'RGBA')
    new_img.save('tweeter_green.png')

这样做的结果是

还有