Python機(jī)器視覺編程環(huán)境搭建方法

Python機(jī)器視覺編程環(huán)境搭建方法

1. Why Python

C/C++

初期的計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域大多數(shù)程序都是用C/C++編寫。隨著計(jì)算機(jī)硬件速度愈來愈快，開源平臺愈來愈多，開發(fā)者選擇計(jì)算機(jī)視覺算法的實(shí)現(xiàn)語言變得更加靈活，代碼編寫的效力和易用性成為選擇編寫語言時(shí)的斟酌因素，而不再僅僅只斟酌履行效力。

Python

Python的跨平臺、開放性、易用性，加上豐富的資源使其成為最近幾年來愈來愈多開發(fā)者的選擇。國外出版了大量的Python編程、學(xué)習(xí)書籍，亞馬遜搜索Python圖書，結(jié)果列表長達(dá)100頁共5712本（截止2016年5月28日）。你也能夠從諸如Coursera或Edx等mooc平臺找到像MIT校長講授的Python入門等課程。國內(nèi)也引進(jìn)了許多優(yōu)秀的學(xué)習(xí)資料和許多在線課程。除這些學(xué)習(xí)資料，更重要的是Python自帶很多可免費(fèi)獲得的強(qiáng)大而便捷的圖象處理、數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)發(fā)掘模塊和豐富的其他網(wǎng)絡(luò)資源。

本文以windows平臺為例，介紹使用Python進(jìn)行計(jì)算機(jī)視覺編程的開發(fā)環(huán)境搭建與基本配置，總結(jié)了軟件下載地址、安裝方法和開發(fā)環(huán)境搭建的基本方法，并提供了簡單的代碼示例。想說的是，Python安裝方法與系統(tǒng)、軟件版本等諸多因素有關(guān)，要想1步到位比較難，遇到問題多種方式可以混合嘗試。

2.下載安裝軟件包

Python機(jī)器視覺編程環(huán)境的經(jīng)常使用配置以下：

•   Python：Pyhton2.7或Python3.x
•   pip：python的1個(gè)包管理器，安裝后可方便的引入第3方庫
•   NumPy：該模塊用于python計(jì)算機(jī)視覺編程時(shí)的向量、矩陣的表示與操作
•   SciPy：更高級的數(shù)學(xué)計(jì)算模塊
•   Matplotlib：結(jié)果可視化模塊
•   PIL：Python的圖象處理類庫，提供通用的圖象處理功能及大量基本圖象操作
•   LIBSVM：用于機(jī)器學(xué)習(xí)的開源庫
•   OpenCV：流行的開源機(jī)器視覺算法庫，提供愈來愈多的Python接口，目前支持到Python2.7

2.1 Python

下載地址：

• https://www.python.org/downloads/

版本選擇：

選擇Python2還是Pyhton3這是1個(gè)問題，我們需要知道的：

• Python2：用的人多，坑少，大多數(shù)第3方庫目前都支持。
• Python3：重大改進(jìn)，發(fā)展趨勢。但有些第3方庫目前還支持不到3.x。
• Python3與Python2有很多語法差異，并且不兼容2.x版本。

對初學(xué)者，可以先學(xué)Pyhton2.7，等第3方庫支持較好了再學(xué)習(xí)Python3，也會比較快入手。

安裝并添加環(huán)境變量：

下載與操作系統(tǒng)對應(yīng)的版本，運(yùn)行安裝，這里選擇默許安裝路徑C:\Python27。

然后添加Python的安裝路徑到系統(tǒng)環(huán)境變量PATH中：計(jì)算機(jī)->右鍵->屬性->高級系統(tǒng)設(shè)置，系統(tǒng)環(huán)境變量后加“;”號，然后添加python2.7的路徑，肯定。

這樣，命令行便可直接運(yùn)行Pyhton，并查看版本信息

2.2 安裝pip

pip是python中的1個(gè)包管理器，就是在電腦中自動安裝、配制、卸載和升級軟件包的工具組合。pip可以代替之前的easy_install，可方便的引入第3方庫。

下載地址：

• https://pypi.python.org/pypi/pip

目前最新版本為PIP⑻.1.2。

安裝并添加系統(tǒng)環(huán)境變量：

下載對pip⑻.1.2.tar.gz緊縮包，打開cmd，進(jìn)入相應(yīng)解壓目錄使用命令行安裝。

例如，下載的是PIP⑻.1.2.tar.gz緊縮包，解壓后得到pip⑻.1.2文件夾。將該拷貝到Python安裝目錄C:\Python27下（不拷貝到這個(gè)文件夾也能夠），打開cmd進(jìn)入pip⑻.1.2目錄下運(yùn)行：

然后再次編輯系統(tǒng)環(huán)境變量，將C:\Python27\Scripts也添加到Path，這樣可以方便的運(yùn)行pip

有了pip可以在命令行使用 pip install  xxx 的方法方便的安裝所需的第3方庫，例以下面的NumPy和SciPy等第3方庫了。

2.3 NumPy

NumPy（Numeric Python）是Python的1種開源的數(shù)值計(jì)算擴(kuò)大。這類工具可用來存儲和處理大型矩陣，比Python本身的嵌套列表（nested list structure)結(jié)構(gòu)要高效的多（該結(jié)構(gòu)也能夠用來表示矩陣（matrix））。提供了許多高級的數(shù)值編程工具，如：矩陣數(shù)據(jù)類型、矢量處理，和精密的運(yùn)算庫。專為進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)字處理而產(chǎn)生。

NumPy和SciPy都可以在http://www.scipy.org/scipylib/download.html下載。

下載地址：

• https://sourceforge.net/projects/numpy/files/
• https://sourceforge.net/projects/numpy/files/NumPy/1.9.2/numpy⑴.9.2-win32-superpack-python2.7.exe/download

安裝：

方法1：

使用pip直接安裝NumPy

可能會由于網(wǎng)速等緣由安裝不成功，多試幾次。本機(jī)安裝時(shí)試了兩次裝成功。

2.4 SciPy

SciPy (Scientific Computing Tools for Python) 是1款方便、易用的python的科學(xué)和工程計(jì)算工具包。它包括統(tǒng)計(jì),優(yōu)化,整合,線性代數(shù)模塊,傅里葉變換,信號和圖象處理，常微分方程求解器等。

方法3：

一樣也能夠使用pip直接安裝scipy

2.5 PIL

PIL (Python Imaging Library) Python圖象處理類庫。提供了通用的圖象處理功能，和大量游泳的基本圖象操作，如圖象縮放、裁剪、色采空間轉(zhuǎn)換等。

下載地址：

• http://www.pythonware.com/products/pil/

安裝：

方法1：

下載源碼，打開cmd，進(jìn)入相應(yīng)目錄使用命令行安裝

方法2：

windows系統(tǒng)可下載.exe文件，如PIL⑴.1.7.win32-py2.7.exe安裝。注意PIL目前免費(fèi)版支持到Python2.7。

方法3：

使用pip安裝

2.6 matplotlib

matplotlib是1個(gè)2維Pyhton跨平臺交互式繪圖庫。

下載地址：

• http://matplotlib.org/users/installing.html
• https://pypi.python.org/pypi/matplotlib/
  

安裝說明文檔http://matplotlib.org/users/installing.html 提示在windows平臺安裝matplot需要安裝相應(yīng)版本的setuptools, numpy, python-dateutil, pytz, pyparsing, 和 cycler。具體下載地址在該頁面下方有。本機(jī)只預(yù)先裝了numpy，其他包可能在pip安裝時(shí)自動下載安裝了吧。大家可以先試試下面的方法2。

安裝：

方法1：

方法2：

使用pip在線安裝

2.7 LIBSVM

LIbSVM是臺灣同胞為世界機(jī)器學(xué)習(xí)的出色貢獻(xiàn)之1，目前支持Python, R, MATLAB, Perl, Ruby, Weka, CommonLISP, CLISP, Haskell, OCaml, LabVIEW, and PHP interfaces. C# .NET code and CUDA多種語言。

下載地址：

• http://www.csie.ntu.edu.tw/~cjlin/libsvm/

下載LIBSVM軟件包libsvm⑶.21.zip文件

安裝：

windows下安裝python的LIBSVM模塊及其艱巨，請務(wù)必做好思想準(zhǔn)備：windows下安裝LIBSVM最多見問題出在libsvm.dll文件上，關(guān)鍵是要用正確版本的libsvm.dll文件替換windows下的libsvm.dll文件。

在嘗試網(wǎng)上各種方法未果后，終究找到1個(gè)在本機(jī)環(huán)境下能用的方法，并且此方法比較簡便，僅供大家參考。本機(jī)環(huán)境為：

• 系統(tǒng)為win7 64位
• 下載的LIBSVM版本是libsvm⑶.21緊縮包
• python安裝路徑C:\Python27
• Python版本：2.7.11 win32位

（1）將下載的libsvm⑶.21緊縮包解壓到C盤根目錄下（其他文件夾也可）

將libsvm⑶.21解壓到C:\libsvm⑶.21\

（2）下載libsvm⑶.21的.whl文件

到以下網(wǎng)址下載與自己Python版本對應(yīng)的LIBSVM的.whl文件：

• http://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/#libsvm

拷貝到某目錄，例如：e:\教程\python\Libsvm

（3）使用pip安裝libsvm⑶.21-cp27-none-win32.whl

運(yùn)行cmd，使用pip安裝上述.whl文件：

現(xiàn)在，符合本機(jī)環(huán)境和軟件版本的LIBSVM就被寄存到你python安裝目錄下的Lib\site-packages文件夾中，其中有1個(gè)\libsvm⑶.21.dist-info文件夾，里面都是說明文件。

（4）將安裝生成的libsvm.dll替換C:\libsvm⑶.21\windows下的libsvm.dll

使用安裝生成的C:\Python27\Lib\site-packages\下的libsvm.dll替換C:\libsvm⑶.21\windows下的libsvm.dll。至此，libsvm.dll文件和你電腦的版本號完全對應(yīng)，安裝完成，本文在第3節(jié)測試安裝。

本方法參考了下文：

• http://www.mamicode.com/info-detail⑴289587.html

2.8 OpenCV

OpenCV是業(yè)界最經(jīng)常使用的開源機(jī)器視覺庫，無需多介紹。目前OpenCV僅支持到Python2.7。

下載地址：

• http://opencv.org/downloads.html

安裝：

下載文件opencv⑵.4.10.exe是1個(gè)自解緊縮文件，將解壓后的文件夾opencv->build->python->2.7->x86中的 cv2.pyd復(fù)制到：C:\Python27\Lib\site-packages 中便可。

3. 測試安裝：示例程序

3.1 NumPy+PIL

Python IDLE GUI新建File，輸入以下代碼，保存后F5運(yùn)行

值得注意的是：

windows7下PythonPIL庫show()函數(shù)顯示圖片有問題，解決方法是在將Python安裝目錄下的Lib/site-packages/PIL目錄下的 ImageShow.py 文件的第 99 行進(jìn)行替換：

將原

替換為

替換后圖片將使用windows圖片查看器打開。

NumPy參考文檔：

• http://docs.scipy.org/doc/numpy/

PIL參考文檔：

• http://www.pythonware.com/library/pil/handbook/index.htm
• http://effbot.org/imagingbook/

3.2 NumPy+Matplotlib

打開Python，F(xiàn)ile->New File，輸入以下代碼，保存，F(xiàn)5運(yùn)行

如果沒有問題應(yīng)當(dāng)看到變換的彩色條紋：

自己寫個(gè)顯示圖象的例子，新建文件，輸入代碼

保存，F(xiàn)5運(yùn)行，結(jié)果以下