在Python中保存1位深度的二进制图像

Question

我在Python中有一张二进制图像，我想将其保存在我的电脑上。 存储在计算机中后，我需要它成为1位深的PNG图像。 我该怎么做？ 我尝试过PIL和cv2，但是我无法使用1位深度保存它。

- Jimbo

Answer 1

我发现自己处于需要创建许多二进制图像的情况中，并对网上提供的信息感到沮丧。幸运的是，得益于在这里和其他SO网站上的答案和评论，我能够找到一个可接受的解决方案。@Jimbo的评论到目前为止是最好的。下面是一些代码，用于重新生成我在python中保存二进制图像的一些方式的探索：

加载库和数据：

from skimage import data, io, util #'0.16.2'
import matplotlib.pyplot as plt #'3.0.3'
import PIL #'6.2.1'
import cv2 #'4.1.1'
check = util.img_as_bool(data.checkerboard())

< p >来自skimage的棋盘图像尺寸为200x200。没有压缩，作为1比特图像，它应该由（200*200/8）5000字节表示。

要使用skimage保存，请注意包会抱怨数据不是uint，因此需要进行转换。保存图像平均需要2.8毫秒，文件大小为408字节。

io.imsave('bw_skimage.png',util.img_as_uint(check),plugin='pil',optimize=True,bits=1)

使用matplotlib，文件大小为4.2毫秒和693字节。

plt.imsave('bw_mpl.png',check,cmap='gray')

使用PIL，0.5毫秒和164字节的文件大小。

img = PIL.Image.fromarray(check)
img.save('bw_pil.png',bits=1,optimize=True)

使用cv2时，还会对bool类型的输入发出警告。下面的命令需要0.4毫秒，并且尽管使用了PNG压缩，但仍然产生了2566字节的文件大小...

_ = cv2.imwrite('bw_cv2.png', check.astype(int), [cv2.IMWRITE_PNG_BILEVEL, 1])

PIL在处理速度和文件大小方面显然是最好的。

我肯定错过了一些优化，欢迎评论！

- chepyle

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这正是我想要的。谢谢 :) - Masoud Maleki

检查对象是什么？它是一个类似于 [True, False, True, False] 的布尔值的 numpy 数组吗？看起来 PIL 期望 uint8。 - Leandro David

Answer 2

使用：

cv2.imwrite(<image_name>, img, [cv2.IMWRITE_PNG_BILEVEL, 1])

这仍然会使用压缩，因此实际上每个像素的位数很可能少于1位。

- Rosa Gronchi

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我使用PIL.Image中的语句 "img.save(filename, bit=1)" 解决了它。 - Jimbo

我发现为了使这个工作起来，与之前使用PIL的情况不同，我们需要使用PNG扩展名进行保存。 - Daniel Möller

Answer 3

如果你不加载png或其他格式，那么它的行为就很合理，可以直接编写代码。这样你的代码就不需要PIL或各种导入和导入等头疼的问题。

import struct
import zlib
from math import ceil


def write_png_1bit(buf, width, height, stride=None):
    if stride is None:
        stride = int(ceil(width / 8))
    raw_data = b"".join(
        b'\x00' + buf[span:span + stride] for span in range(0, (height - 1) * stride, stride))

    def png_pack(png_tag, data):
        chunk_head = png_tag + data
        return struct.pack("!I", len(data)) + chunk_head + struct.pack("!I", 0xFFFFFFFF & zlib.crc32(chunk_head))

    return b"".join([
        b'\x89PNG\r\n\x1a\n',
        png_pack(b'IHDR', struct.pack("!2I5B", width, height, 1, 0, 0, 0, 0)),
        png_pack(b'IDAT', zlib.compress(raw_data, 9)),
        png_pack(b'IEND', b'')])

参考来源： http://code.activestate.com/recipes/577443-write-a-png-image-in-native-python/ (MIT)

通过阅读png规范: https://www.w3.org/TR/PNG-Chunks.html

需要注意的是来自buf的1位数据，应该像png规范中正常的非交错模式（我们声明为这种模式）所需的左到右写入。如果存在多余的数据，则用其填充最后一位。stride是编码扫描线所需的字节数量。此外，如果您想让这些1位具有调色板颜色，您将需要编写一个PLTE块并将类型从0切换为3。等等。

- Tatarize