将16位numpy数组保存为16位PNG图像

Question

将16位numpy数组保存为16位PNG图像

pythonimagenumpypython-imaging-librarypng

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我试图将一个16位的numpy数组保存为16位的PNG格式，但是我得到的只是一张黑色的图片。下面是一个最简单的例子。

im = np.random.randint(low=1, high=6536, size=65536).reshape(256,256) #sample numpy array to save as image
plt.imshow(im, cmap=plt.cm.gray)

给定上述的numpy数组，使用matplotlib我能看到这张图片，但是当我将这张图片保存为16位的png格式时，我得到了下面这张图片：

import imageio

imageio.imwrite('result.png', im)

图像已保存：

在图像中可以看到一些浅灰色斑点，但图像基本上是黑色的。无论如何，当我读回图像并再次使用matplotlib可视化时，我看到了相同的起始图像。我还尝试了其他库（如PIL或PyPNG）代替imageio，但结果相同。

我知道16位图像值的范围是0到65535，在这里的numpy数组中只有1到6536的值，但我需要保存类似于这样的numpy数组图像，即图像中表示的最大值不是最大可表示值。我认为保存过程中涉及某种归一化。我需要以matplotlib在其最大分辨率下看到它们的确切数组，并且没有压缩或缩小其值（因此除以255或转换为8位数组不适用）。

- Aelius

寻找未压缩格式，例如.tif。像.jpg或.png这样的格式总是会应用某种压缩。 - JacoSolari

@JacoSolari，PNG是一种无损格式，因此压缩不是问题。 - Warren Weckesser

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@Aelius，请注意，matplotlib的imshow函数会在绘图时归一化颜色范围。如果要查看无符号16位整数的“真实”颜色比例尺，请使用plt.imshow(im, cmap=plt.cm.gray, vmin=0, vmax=65535)。 - Warren Weckesser

你说得对，沃伦！你知道是否有一种方法可以在将图像保存为PNG时，通过某种方式实现最大值的归一化吗？我需要将数组保存为在matpotlib中看到的样子。 - Aelius

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你的示例值范围从1到6535。如果你想让16位灰度图像从黑色到白色有完整的范围，你需要将值缩放到[0, 65535]的范围内。但问题中给出的印象是你不想缩放这些值。如果在保存数据之前缩放数据可以接受，请查看我的更新答案。 - Warren Weckesser

1个回答

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原文链接

- Warren Weckesser · Accepted Answer

根据情况来看，如果在将PNG文件写入之前将数组的数据类型转换为numpy.uint16，imageio.imwrite会处理正确：

imageio.imwrite('result.png', im.astype(np.uint16))

当我这样做时，result.png 是一个16位灰度PNG文件。

如果您希望图像具有从黑到白的完整灰度范围，则必须将值缩放到范围[0，65535]。例如，可以使用以下代码实现：

im2 = (65535*(im - im.min())/im.ptp()).astype(np.uint16)

然后，您可以使用以下方式保存该数组：

imageio.imwrite('result2.png', im2)

要将 NumPy 数组写入 PNG 文件，一个替代方案是 numpngw（我创建的一个包）。例如：

from numpngw import write_png

im2 = (65535*(im - im.min())/im.ptp()).astype(np.uint16)
write_png('result2.png', im2)

如果你已经在使用imageio，那么使用numpngw可能没有明显的优势。但是，它比imageio更轻量级 - 它仅依赖于NumPy（不依赖于PIL/Pillow和libpng）。