在 Python 中从离散像素值绘制图像的最快方法是什么？

Question

我希望根据计算的像素值绘制图像，作为可视化某些数据的一种方式。本质上，我希望采用一个二维矩阵的颜色三元组并渲染它。

请注意，这不是图像处理，因为我没有对现有图像进行转换，也没有对整个图像进行任何类型的转换，而且它也不是矢量图，因为图像没有预先确定的结构。 m 渲染 - 我可能会一次生成一个像素的无定形颜色斑点。

我现在需要渲染大约 1kx1k 像素的图像，但可扩展的东西会很有用。最终目标格式为 PNG 或任何其他无损格式。

我目前一直在通过 ImageDraw 的 draw.point 使用 PIL，我想知道，鉴于我需要的非常具体且相对基本的功能，是否有更快的库可用？

Answer 1

如果你有 numpy 和 scipy 可用（如果你在 Python 中操作大型数组，我会推荐它们），那么 scipy.misc.pilutil.toimage 函数非常方便。 一个简单的例子：

import numpy as np
import scipy.misc as smp

# Create a 1024x1024x3 array of 8 bit unsigned integers
data = np.zeros( (1024,1024,3), dtype=np.uint8 )

data[512,512] = [254,0,0]       # Makes the middle pixel red
data[512,513] = [0,0,255]       # Makes the next pixel blue

img = smp.toimage( data )       # Create a PIL image
img.show()                      # View in default viewer

好消息是toimage 可以很好地处理不同的数据类型，因此浮点数的二维数组可以明智地转换为灰度等。

您可以从here 下载numpy 和scipy。或者使用 pip：

pip install numpy scipy

Answer 2

import Image
im= Image.new('RGB', (1024, 1024))
im.putdata([(255,0,0), (0,255,0), (0,0,255)])
im.save('test.png')

在图像的左上角放置一个红色、绿色和蓝色像素。

如果您更喜欢处理字节值，im.fromstring() 会更快。

Answer 3

要求

对于本示例，安装 Numpy 和 Pillow。

示例

目标是首先将您要创建的图像表示为由 3 个 (RGB) 数字组成的数组数组 - 使用 Numpy 的 array()，以提高性能和简单性：

import numpy

data = numpy.zeros((1024, 1024, 3), dtype=numpy.uint8)

现在，将中间 3 个像素的 RGB 值设置为红色、绿色和蓝色：

data[512, 511] = [255, 0, 0]
data[512, 512] = [0, 255, 0]
data[512, 513] = [0, 0, 255]

然后，使用 Pillow 的 Image.fromarray() 从数组中生成一个 Image：

from PIL import Image

image = Image.fromarray(data)

现在，“显示”图像（在 OS X 上，这将在预览中将其作为临时文件打开）：

image.show()

注意

这个答案的灵感来自 BADCODE 的答案，它太过时而无法使用，而且差异太大，无法在不完全重写的情况下简单地更新。

Answer 4

另一种方法是使用Pyxel，它是the TIC-80 API 在 Python3 中的开源实现（TIC-80 是开源 PICO-8）。

这是一个只在黑色背景上绘制一个黄色像素的完整应用：

import pyxel

def update():

    """This function just maps the Q key to `pyxel.quit`,
    which works just like `sys.exit`."""

    if pyxel.btnp(pyxel.KEY_Q): pyxel.quit()

def draw():

    """This function clears the screen and draws a single
    pixel, whenever the buffer needs updating. Note that
    colors are specified as palette indexes (0-15)."""

    pyxel.cls(0)            # clear screen (color)
    pyxel.pix(10, 10, 10)   # blit a pixel (x, y, color)

pyxel.init(160, 120)        # initilize gui (width, height)
pyxel.run(update, draw)     # run the game  (*callbacks)

注意：该库最多只能支持 16 种颜色，但您可以更改哪些颜色，并且无需太多工作就可以让它支持更多颜色。

Answer 5

我认为您使用 PIL 在磁盘上生成图像文件，然后使用图像阅读器软件加载它。

您应该通过直接在内存中渲染图片来获得小的速度提升（您将节省将图像写入磁盘然后重新加载它的成本）。看看这个线程https://stackoverflow.com/questions/326300/python-best-library-for-drawing，了解如何使用各种 python 模块渲染该图像。

我会亲自尝试 wxpython 和 dc.DrawBitmap 函数。如果您使用这样的模块而不是外部图像阅读器，您将获得很多好处：

• 速度
• 您将能够创建带有参数按钮的交互式用户界面。
• 您将能够轻松编程放大和缩小功能
• 您将能够在计算时绘制图像，如果计算需要大量时间，这将非常有用

Answer 6

如果您不想安装外部模块，可以使用turtle 模块。我创建了一些有用的函数：

• setwindowsize( x,y ) - 将窗口大小设置为 x*y
• drawpixel( x, y, (r,g,b), pixelsize) - 使用 RGB 颜色（元组）将像素绘制到 x:y 坐标，像素大小厚度
• showimage() - 显示图片

import turtle

def setwindowsize(x=640, y=640):
    turtle.setup(x, y)
    turtle.setworldcoordinates(0,0,x,y)

def drawpixel(x, y, color, pixelsize = 1 ):
    turtle.tracer(0, 0)
    turtle.colormode(255)
    turtle.penup()
    turtle.setpos(x*pixelsize,y*pixelsize)
    turtle.color(color)
    turtle.pendown()
    turtle.begin_fill()
    for i in range(4):
        turtle.forward(pixelsize)
        turtle.right(90)
    turtle.end_fill()

def showimage():
    turtle.hideturtle()
    turtle.update()

例子：

200x200 窗口，中心 1 个红色像素

setwindowsize(200, 200)
drawpixel(100, 100, (255,0,0) )
showimage()

30x30 随机颜色。像素大小：10

from random import *

setwindowsize(300,300)

for x in range(30):
    for y in range(30):
        color = (randint(0,255),randint(0,255),randint(0,255))
        drawpixel(x,y,color,10)
    
showimage()