Python机器视觉编程环境搭建方法
1. Why Python
C/C++
初期的计算机视觉领域大多数程序都是用C/C++编写。随着计算机硬件速度愈来愈快，开源平台愈来愈多，开发者选择计算机视觉算法的实现语言变得更加灵活，代码编写的效力和易用性成为选择编写语言时的斟酌因素，而不再仅仅只斟酌履行效力。
Python
Python的跨平台、开放性、易用性，加上丰富的资源使其成为最近几年来愈来愈多开发者的选择。国外出版了大量的Python编程、学习书籍，亚马逊搜索Python图书，结果列表长达100页共5712本（截止2016年5月28日）。你也能够从诸如Coursera或Edx等mooc平台找到像MIT校长讲授的Python入门等课程。国内也引进了许多优秀的学习资料和许多在线课程。除这些学习资料，更重要的是Python自带很多可免费获得的强大而便捷的图象处理、数学计算和数据发掘模块和丰富的其他网络资源。
本文以windows平台为例，介绍使用Python进行计算机视觉编程的开发环境搭建与基本配置，总结了软件下载地址、安装方法和开发环境搭建的基本方法，并提供了简单的代码示例。想说的是，Python安装方法与系统、软件版本等诸多因素有关，要想1步到位比较难，遇到问题多种方式可以混合尝试。
2.下载安装软件包
Python机器视觉编程环境的经常使用配置以下：
- Python：Pyhton2.7或Python3.x
- pip：python的1个包管理器，安装后可方便的引入第3方库
- NumPy：该模块用于python计算机视觉编程时的向量、矩阵的表示与操作
- SciPy：更高级的数学计算模块
- Matplotlib：结果可视化模块
- PIL：Python的图象处理类库，提供通用的图象处理功能及大量基本图象操作
- LIBSVM：用于机器学习的开源库
- OpenCV：流行的开源机器视觉算法库，提供愈来愈多的Python接口，目前支持到Python2.7
2.1 Python
下载地址：
- https://www.python.org/downloads/
版本选择：
选择Python2还是Pyhton3这是1个问题，我们需要知道的：
- Python2：用的人多，坑少，大多数第3方库目前都支持。
- Python3：重大改进，发展趋势。但有些第3方库目前还支持不到3.x。
- Python3与Python2有很多语法差异，并且不兼容2.x版本。
对初学者，可以先学Pyhton2.7，等第3方库支持较好了再学习Python3，也会比较快入手。
安装并添加环境变量：
下载与操作系统对应的版本，运行安装，这里选择默许安装路径C:Python27。
然后添加Python的安装路径到系统环境变量PATH中：计算机->右键->属性->高级系统设置，系统环境变量后加“;”号，然后添加python2.7的路径，肯定。
这样，命令行便可直接运行Pyhton，并查看版本信息
2.2 安装pip
pip是python中的1个包管理器，就是在电脑中自动安装、配制、卸载和升级软件包的工具组合。pip可以代替之前的easy_install，可方便的引入第3方库。
下载地址：
- https://pypi.python.org/pypi/pip
目前最新版本为PIP⑻.1.2。
安装并添加系统环境变量：
下载对pip⑻.1.2.tar.gz紧缩包，打开cmd，进入相应解压目录使用命令行安装。
例如，下载的是PIP⑻.1.2.tar.gz紧缩包，解压后得到pip⑻.1.2文件夹。将该拷贝到Python安装目录C:Python27下（不拷贝到这个文件夹也能够），打开cmd进入pip⑻.1.2目录下运行：
python setup.py install 
然后再次编辑系统环境变量，将C:Python27Scripts也添加到Path，这样可以方便的运行pip
有了pip可以在命令行使用 pip install xxx 的方法方便的安装所需的第3方库，例以下面的NumPy和SciPy等第3方库了。
2.3 NumPy
NumPy（Numeric Python）是Python的1种开源的数值计算扩大。这类工具可用来存储和处理大型矩阵，比Python本身的嵌套列表（nested list structure)结构要高效的多（该结构也能够用来表示矩阵（matrix））。提供了许多高级的数值编程工具，如：矩阵数据类型、矢量处理，和精密的运算库。专为进行严格的数字处理而产生。
NumPy和SciPy都可以在http://www.scipy.org/scipylib/download.html下载。
下载地址：
- 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
安装：
方法1：
下载源码，打开cmd，进入相应目录使用命令行安装
python setup.py install
方法2：
windows系统可以下载对应版本的.exe文件，如numpy⑴.9.2-win32-superpack-python2.7.exe安装。
方法3：
使用pip直接安装NumPy
pip install numpy
可能会由于网速等缘由安装不成功，多试几次。本机安装时试了两次装成功。
2.4 SciPy
SciPy (Scientific Computing Tools for Python) 是1款方便、易用的python的科学和工程计算工具包。它包括统计,优化,整合,线性代数模块,傅里叶变换,信号和图象处理，常微分方程求解器等。
方法3：
一样也能够使用pip直接安装scipy
pip install scipy
2.5 PIL
PIL (Python Imaging Library) Python图象处理类库。提供了通用的图象处理功能，和大量游泳的基本图象操作，如图象缩放、裁剪、色采空间转换等。
下载地址：
- http://www.pythonware.com/products/pil/
安装：
方法1：
下载源码，打开cmd，进入相应目录使用命令行安装
python setup.py install
方法2：
windows系统可下载.exe文件，如PIL⑴.1.7.win32-py2.7.exe安装。注意PIL目前免费版支持到Python2.7。
方法3：
使用pip安装
pip install PIL
2.6 matplotlib
matplotlib是1个2维Pyhton跨平台交互式绘图库。
下载地址：
- http://matplotlib.org/users/installing.html
- https://pypi.python.org/pypi/matplotlib/
安装说明文档http://matplotlib.org/users/installing.html 提示在windows平台安装matplot需要安装相应版本的setuptools,numpy,python-dateutil,pytz,pyparsing,和 cycler。具体下载地址在该页面下方有。本机只预先装了numpy，其他包可能在pip安装时自动下载安装了吧。大家可以先试试下面的方法2。
安装：
方法1：
使用pip离线安装.whl文件。将上述下载地址下载好的matplotlib⑴.5.1-cp27-none-win32.whl拷入某文件夹<dir>
pip install e:教程pythonmatplotlib matplotlib⑴.5.1-cp27-none-win32.whl 方法2：
使用pip在线安装
pip install matplotlib 
2.7 LIBSVM
LIbSVM是台湾同胞为世界机器学习的出色贡献之1，目前支持Python,R,MATLAB,Perl,Ruby,Weka,CommonLISP,CLISP,Haskell,OCaml,LabVIEW,and PHP interfaces. C# .NET code and CUDA多种语言。
下载地址：
- http://www.csie.ntu.edu.tw/~cjlin/libsvm/
下载LIBSVM软件包libsvm⑶.21.zip文件
安装：
windows下安装python的LIBSVM模块及其艰巨，请务必做好思想准备：windows下安装LIBSVM最多见问题出在libsvm.dll文件上，关键是要用正确版本的libsvm.dll文件替换windows下的libsvm.dll文件。
在尝试网上各种方法未果后，终究找到1个在本机环境下能用的方法，并且此方法比较简便，仅供大家参考。本机环境为：
- 系统为win7 64位
- 下载的LIBSVM版本是libsvm⑶.21紧缩包
- python安装路径C:Python27
- Python版本：2.7.11 win32位
（1）将下载的libsvm⑶.21紧缩包解压到C盘根目录下（其他文件夹也可）
将libsvm⑶.21解压到C:libsvm⑶.21
（2）下载libsvm⑶.21的.whl文件
到以下网址下载与自己Python版本对应的LIBSVM的.whl文件：
- http://www.lfd.uci.edu/~gohlke/pythonlibs/#libsvm
拷贝到某目录，例如：e:教程pythonLibsvm
（3）使用pip安装libsvm⑶.21-cp27-none-win32.whl
运行cmd，使用pip安装上述.whl文件：
pip install e:教程pythonlibsvmlibsvm⑶.21-cp27-none-win32.whl 
现在，符合本机环境和软件版本的LIBSVM就被寄存到你python安装目录下的Libsite-packages文件夹中，其中有1个libsvm⑶.21.dist-info文件夹，里面都是说明文件。
（4）将安装生成的libsvm.dll替换C:libsvm⑶.21windows下的libsvm.dll
使用安装生成的C:Python27Libsite-packages下的libsvm.dll替换C:libsvm⑶.21windows下的libsvm.dll。至此，libsvm.dll文件和你电脑的版本号完全对应，安装完成，本文在第3节测试安装。
本方法参考了下文：
- http://www.mamicode.com/info-detail⑴289587.html
2.8 OpenCV
OpenCV是业界最经常使用的开源机器视觉库，无需多介绍。目前OpenCV仅支持到Python2.7。
下载地址：
- http://opencv.org/downloads.html
安装：
下载文件opencv⑵.4.10.exe是1个自解紧缩文件，将解压后的文件夹opencv->build->python->2.7->x86中的 cv2.pyd复制到：C:Python27Libsite-packages 中便可。
3. 测试安装：示例程序
3.1 NumPy+PIL
Python IDLE GUI新建File，输入以下代码，保存后F5运行
from PIL import Image
pil_im =Image.open("f:/images/Lena.jpg").convert('L')
pil_im.show()
值得注意的是：
windows7下PythonPIL库show()函数显示图片有问题，解决方法是在将Python安装目录下的Lib/site-packages/PIL目录下的 ImageShow.py 文件的第 99 行进行替换：
将原
return "start /wait %s && del/f %s" % (file,file)
替换为
return "start /wait %s && PING127.0.0.1 -n 5 > NUL && del /f %s" % (file,file)
替换后图片将使用windows图片查看器打开。
NumPy参考文档：
- http://docs.scipy.org/doc/numpy/
PIL参考文档：
- http://www.pythonware.com/library/pil/handbook/index.htm
- http://effbot.org/imagingbook/
3.2 NumPy+Matplotlib
打开Python，File->New File，输入以下代码，保存，F5运行
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
X = np.linspace(-np.pi,np.pi,256,endpoint=True)
C,S = np.cos(X),np.sin(X)
plt.plot(X,C)
plt.plot(X,S)
plt.show()
更多示例参考：
- http://www.labri.fr/perso/nrougier/teaching/matplotlib/
帮助文档：
- http://matplotlib.org/contents.html
- http://matplotlib.org/Matplotlib.pdf
3.3 LIBSVM
2.7节已安装配置好了LIBSVM，打开IDLE (PythonGUI)，新建1个文件，输入以下代码：
import os
os.chdir('C:libsvm⑶.21python')
from svmutil import *
y,x = svm_read_problem('../heart_scale')
m = svm_train(y[:200],x[:200],'-c 4')
p_label,p_acc,p_val = svm_predict(y[200:],x[200:],m)
取个文件名（例如svmlib_test1.py）保存后，按F5运行，运行结果以下，说明安装成功
===================== RESTART:D:Pythonsvmlib_test1.py =====================
Accuracy = 84.2857%(59/70) (classification)
3.4 OpenCV
打开解压后opencv文件夹中的sourcesamplespython
选择drawing.py右键->Edit
with IDLE
如果没有问题应当看到变换的彩色条纹：
自己写个显示图象的例子，新建文件，输入代码
import cv2
im = cv2.imread("f:/images/Lena.jpg")
imGray = cv2.imread('f:/images/Lena.jpg',cv2.CV_LOAD_IMAGE_GRAYSCALE)
cv2.imshow("WinName",im)
cv2.imshow("Gray WinName",imGray)
cv2.waitKey()
保存，F5运行，结果以下
Python机器视觉编程环境搭建进程比较繁琐，每步可能都有多种方法，也可能有各种问题，本文总结的是书上和网友给出的部份方法，难免疏漏，仅供参考。
（编辑：李大同）
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