【问题标题】：Why is ImageStat returning incorrect statistics for signed integer images (`mode='I'`)?为什么 ImageStat 返回有符号整数图像的错误统计信息（`mode='I'`）？
【发布时间】：2019-07-01 23:33:07
【问题描述】：

我的深度图像具有非常大的值范围，大约 [0, 10,000]，保存为 png。这些默认情况下作为 PIL 图像加载，带有mode='I'，32 位有符号整数像素，但有一些意外行为。

例如，Image.show() 显示空白屏幕。这在某种程度上是意料之中的，因为我猜该函数期望输入 [0, 1] 或 [0, 255] 并且正在截断我的图像中超出该范围的像素值。

更令人担忧的是，ImageStat 为大多数统计数据返回了不正确的值。我已经通过numpy 和 Matlab 独立获得的结果确认了这两个值。这不会发生在更传统的 RGB 图像mode='RGB' 上。

问题

这里发生了什么？这也是截断问题吗？

MCVE

使用以下图片为test.png

from PIL import Image
im = Image.open("test.png")
im.show() # shows white blank screen 
print(im.mode) # prints 'I'

from PIL.ImageStat import Stat
stat = Stat(im)
print(stat.mean)    # [85.10539415869734]
print(stat.extrema) # [(0, 255)]
print(stat.sum)     # [32927277.0]

import numpy as np
print(np.mean(im)) # 28051.3720754717
print(np.min(im))  # 9992
print(np.max(im))  # 63816
print(np.sum(im))  # 10853075856

matlab的结果和numpy差不多

【问题讨论】：

标签： python numpy python-imaging-library

【解决方案1】：

Image.show() 显示空白屏幕

之所以会这样，是因为Image.show() 使用了一个临时缓冲区来存储图像对象。然后在显示之前将 Image 对象转换为.bmp (bitmap)。位图格式不支持 32 位单通道图像（灰度），因此通过show() 得到的结果是不可取的。

ImageStat 为大多数统计信息返回了不正确的值

在对ImageStat 模块进行源代码分析后，我了解到该模块是专门为处理具有 0 ≤ 样本空间 > 256的图像而构建的，或像素值在 (0 ≤ value ≤ 255) 范围内的图像。

例如，如果我们分析Stat.extreme:-

def _getextrema(self):
    """Get min/max values for each band in the image"""

    def minmax(histogram):
        n = 255
        x = 0
        for i in range(256):
            if histogram[i]:
                n = min(n, i)
                x = max(x, i)
        return n, x  # returns (255, 0) if there's no data in the histogram

    v = []
    for i in range(0, len(self.h), 256):
        v.append(minmax(self.h[i:]))
    return v

我们可以清楚地看到，用于计算图像像素值上下界的函数不能返回小于0的值，也不能返回大于255的值. 即 (value ∈ {0 - 255}).

Stat 函数是这样制作的，它只有在图像的像素值范围低于 256 时才能正常工作。

这也是截断问题吗

没有。在计算Stat 中的值期间，不会发生截断。 Stat 模块的制作方式不是它应该能够将像素值展平/截断超出其正常范围。相反，当一个图像对象被传递给Stat 时，它只会对其进行正常计算（假设像素值的范围在 0 到 255 之间）。然后输出仅取决于输入参数是否导致值计算中的中断/异常，即如果一切顺利，则输出将是不可取的。但这并不总是正确的。

例如：-

img = Image.new("I", (300, 300), (3000))

stat = Stat(img)
print(stat.mean)
print(stat.extrema)
print(stat.sum)

执行代码：-

Traceback (most recent call last):
  File "C:/Users/Vasu/AppData/Local/Programs/Python/Python37-32/Lib/site-packages/PIL/testing.py", line 10, in <module>
    print(stat.mean)
  File "C:\Users\Vasu\AppData\Local\Programs\Python\Python37-32\lib\site-packages\PIL\ImageStat.py", line 48, in __getattr__
    v = getattr(self, "_get" + id)()
  File "C:\Users\Vasu\AppData\Local\Programs\Python\Python37-32\lib\site-packages\PIL\ImageStat.py", line 104, in _getmean
    v.append(self.sum[i] / self.count[i])
ZeroDivisionError: float division by zero

因此，输出要么是不可取的，要么最终会导致错误/异常。

这是否意味着PIL 不支持I 色彩模式

没有。 PIL 完全支持 32 位有符号整数。

例如，如果我们尝试获取图像的像素值：-

im = Image.open(r"Input_img")
im = list(im.getdata())

print(im)

我们得到实际的像素值：-

40384, 40384, 40384, 40384, 40384, 40600, 40600, 40600, 40808, 41016, 41232, 41440, 41656.....22232]

结论：- PIL 原生支持 32 位有符号整数像素，但 ImageStat 不支持。

P.S.:- PIL/pillow 文档的当前状态不是很好，即它不善于解释.....无论它正在尝试什么解释。因此，我们应该尽可能地添加更多的intel。因此，我建议您在 PIL repository on Github 上发布问题/拉取请求，以改进 ImageStat 模块的描述。就像添加以下行：-

模块本身不支持大于 8 位的像素值

或其他类似的东西。

【讨论】：