來得瑟一下！用Python做一個(gè)縮放自如的圣誕老人
圣誕節(jié)又要到了，雖說我們中國人不提倡過西方的節(jié)日，但是商家們還是很喜歡的，估計(jì)有對象的男孩紙女孩紙們也很喜歡吧。
今天的主題是為大家展示如何用python做一個(gè)不斷變大的圣誕老人，就像西游記中能夠隨意變幻大小的神仙妖怪那樣，算是送給大家的小禮物，先上個(gè)圖吧!
不要心急，盯著圖片看5秒
思路要點(diǎn)：
- 通過縮放獲取等比大小的一組圖片
- 將上述圖片疊加到固定大小的底圖中
- 按順序組合圖片生成動(dòng)圖
1、圖片縮放
本篇文章的大部分工作都是基于opencv實(shí)現(xiàn)，而opencv進(jìn)行圖片縮放是極其容易的，不過這次我們要生成的是一組等比縮放的圖片，所以在cv2.resize方法的使用上可能跟以往略有出入，先來看函數(shù)原型：
- cv2.resize(src, dsize[, dst[, fx[, fy[, interpolation]]]])
其中src是原圖片，dsize是目標(biāo)圖片大小，當(dāng)dsize為0的時(shí)候，我們就可以通過fx和fy兩個(gè)參數(shù)來分別設(shè)置水平軸和垂直軸方向的縮放比例了。這樣說可能有些抽象，我們舉個(gè)例子來說明:
- for i in range(1, 40, 1):
- img = cv2.resize(image, (0, 0), fx=i/30, fy=i/30)
- cv2.imwrite(str(i)+'.png', img)
運(yùn)行上面這段代碼會生成39張不同比例的圖片，目標(biāo)圖片的大小由縮放比例fx和fy來控制，最小的一幅圖邊長是原圖的1/30，最大的圖片邊長是原圖的1.3倍(下圖):
既然等比縮放的圖片有了，是不是可以選定一個(gè)坐標(biāo)原點(diǎn)，直接合成動(dòng)圖呢?答案是不行，因?yàn)槌Ｒ?guī)的動(dòng)圖生成方法要求素材圖片必須是相同的尺寸(像素)，下面我們就來著重解決這一問題。
2、底圖疊加
python中實(shí)現(xiàn)兩幅圖片疊加的辦法有很多，但是他們都存在缺陷——要么疊加的圖片必須是相同大小，要么難以控制圖片疊加的具體位置。對此，小編采取的辦法是在兩幅圖之間進(jìn)行“像素級”的替換。
1).生成底圖
待疊加的圖片中，上層圖片就使用剛才獲取到的一系列等比縮放圖，下層圖片我們就生成一張固定大小的空白圖片。需要注意，這里生成的空白圖片必須大于最大的一幅縮放圖。
生成空白底圖分兩步完成，第一步生成固定大小(垂直軸和水平軸的長度)的二維數(shù)組;第二步使用cv2.cvtColor進(jìn)行顏色空間變換。代碼如下：
- blank = np.ones((blankh, blankw), dtype=np.uint8) * 255
- ret = cv2.cvtColor(blank, cv2.COLOR_GRAY2BGR)
其實(shí)上面代碼中的ret本質(zhì)上是一個(gè)三維數(shù)組，我們可以把它打印出來查看(下圖)，但是通過cv2.imshow方法展示出來就是一張空白圖片了。這其中涉及一些較為底層的內(nèi)容，大家了解就好，文中不再贅述。
2).像素替換
正如剛才所說，opencv中的一幅圖其實(shí)是一個(gè)三維數(shù)組，其實(shí)也可以把它看作是二維數(shù)組，數(shù)組中的
每個(gè)元素是形如 [255, 255, 255] 的列表，其中存放的是圖片每個(gè)像素的顏色參數(shù)。也就是說，如果我們想實(shí)現(xiàn)一幅圖片疊加到另一幅圖片這樣的視覺效果，可以對被疊加圖片對應(yīng)位置的
像素進(jìn)行替換賦值。代碼形式如下圖所示，其中i和j分別為圖片在垂直方向和水平方向的坐標(biāo)。
- ret[i, j, 0] = image[i, j, 0]
- ret[i, j, 1] = image[i, j, 1]
- ret[i, j, 2] = image[i, j, 2]
對一幅圖片而言，坐標(biāo)原點(diǎn)是在左上角(下圖所示)。此外，為了保證最終得到動(dòng)圖的效果，不能簡單的將圖片以坐標(biāo)原點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行疊加，比較好的辦法是把疊加原點(diǎn)設(shè)在底圖下邊緣的中心位置。
原理搞清楚后就可以開始圖片疊加操作了，在此期間需要進(jìn)行一些像素對應(yīng)位置的計(jì)算，雖然稍微有點(diǎn)繞但是并不復(fù)雜，詳細(xì)的轉(zhuǎn)化公式就不寫了，我們直接看代碼：
上面代碼中的image是已經(jīng)縮放完畢的圣誕老人圖片，blankh和blankw分別是空白圖片的高度和寬度，這個(gè)尺寸可以根據(jù)需求自行設(shè)置。
下圖展示的是一幅縮放比例1/2左右的圖片和底圖疊加后的效果，為了觀察方便，我給圖片加了一個(gè)邊框。
3、生成動(dòng)圖
之前我們已經(jīng)解決了單幅圖片與底圖的疊加，為了準(zhǔn)備合成動(dòng)圖所需素材，還要對多個(gè)等比縮放的圖片進(jìn)行底圖疊加操作?？s放比例間隔越小、準(zhǔn)備的圖片素材越多，生成的動(dòng)圖也就越平滑。
當(dāng)然，動(dòng)圖的效果如何還要綜合考慮多個(gè)因素，這里小編還是采用39幅圖片組合動(dòng)圖。其中最小的圖形高度是原圖的1/30，最大的圖形高度是原圖的1.3倍。與底圖疊加后的圖片就是下面這個(gè)樣子。
下面來說說動(dòng)圖的合成，將多個(gè)相同尺寸的圖片合成動(dòng)圖可以使用imageio這個(gè)庫來實(shí)現(xiàn)，核心代碼只有一條：
- imageio.mimwrite('目標(biāo)文件名稱.gif', gifList, duration=0.15)
其中第一個(gè)參數(shù)是git目標(biāo)文件名稱;gifList是一組列待合成的圖片，也就是上面圖片中展示的那些;最后一個(gè)參數(shù)duration表示畫面切換間隔，單位為秒。
現(xiàn)在通過下面這段代碼進(jìn)行動(dòng)圖合成。
- file_path = 'pic'
- imgList = os.listdir(file_path)
- imgList = ['pic/'+img for img in imgList]
- gifList = [imageio.imread(img) for img in imgList]
- imageio.mimwrite('gif.gif', gifList, duration=0.15)
來看合成后的動(dòng)圖效果(下圖)，仔細(xì)看看好像有點(diǎn)問題，怎么圖中的圣誕老人忽大忽小?這跟我們預(yù)想的不一樣啊。
其實(shí)這個(gè)問題是出在合成圖片的順序上，我們嘗試打印上面代碼中的imgList變量，結(jié)果如下：
可以看到，素材圖片并不是按照我們預(yù)想的順序排序。這在python的文件處理中也算是個(gè)比較常見的問題，解決方案之一是可以按照圖片的創(chuàng)建時(shí)間排序，具體操作是在上面的第二行代碼之后插入一條語句：
- imgList = sorted(imgList,key=lambda x: os.path.getmtime(os.path.join(file_path, x)))
現(xiàn)在再次進(jìn)行動(dòng)圖合成，就可以實(shí)現(xiàn)文章開頭的效果了。
當(dāng)然了，這種動(dòng)圖制作方法不僅限于圣誕老人，任何圖片理論上都是可以的。比如說，我們還可以做一棵不斷長大的圣誕樹!
