處理 gif 動畫

這篇教學會介紹使用 OpenCV 搭配 Pillow 函式庫，針對 gif 動畫圖檔進行開啟、編輯與儲存的動作，並進一步將多張圖片組合成 gif 動畫 ( 包含背景透明的 gif 圖檔 )，或將影片轉換成 gif 動畫。

快速導覽：

• 安裝 Pillow
• 開啟 gif 動畫，將每一格儲存為 jpg
• OpenCV 預覽 gif 動畫
• 編輯並儲存 gif 動畫
• 靜態圖片組合成 gif 動畫
• 影片轉換為 gif 動畫

因為程式中的 OpenCV 會需要使用鏡頭或 GPU，所以請使用本機環境 ( 參考：使用 Python 虛擬環境 ) 或使用 Anaconda Jupyter 進行實作 ( 參考：使用 Anaconda ) ，並安裝 OpenCV 函式庫 ( 參考：OpenCV 函式庫 )。

安裝 Pillow

由於 OpenCV 無法直接處理 gif 圖檔，所以使用 Pillow 開啟 gif 動畫，輸入下面的指令，安裝 Pillow 函式庫。

pip install Pillow

開啟 gif 動畫，將每一格儲存為 jpg

使用 Image.open 開啟 gif 動畫後，透過 ImageSequence.Iterator 搭配 for 迴圈，取出動畫裡每一個影格，最後使用 save 的方法將每一個影格儲存為 jpg 靜態圖檔 ( 因為 gif 的顏色模式為 P mode，如果要儲存為 jpg 必須要先轉換為 RGB，參考 Convert PIL.Image to OpenCV )。

• 範例圖檔：gif 動畫

from PIL import Image,ImageSequence

gif = Image.open('dot.gif')                # 讀取動畫圖檔

i = 0                                      # 設定編號變數
for frame in ImageSequence.Iterator(gif):
    frame = frame.convert('RGB')           # 取出每一格轉換成 RGB
    frame.save(f'frame{i}.jpg', quality=65, subsampling=0)  # 儲存為 jpg
    i = i + 1                              # 編號增加 1

OpenCV 預覽 gif 動畫

使用 PIL 讀取 gif 動畫圖檔後，搭配 NumPy 將圖檔內容轉換成 OpenCV 可以讀取的 NumPy 陣列，就能透過 OpenCV 顯示動畫的每一個影格。

from PIL import Image,ImageSequence
import cv2
import numpy as np

gif = Image.open('dot.gif')

img_list = []                                      # 建立儲存影格的空串列
for frame in ImageSequence.Iterator(gif):
    frame = frame.convert('RGBA')                  # 轉換成 RGBA
    opencv_img = np.array(frame, dtype=np.uint8)   # 轉換成 numpy 陣列
    opencv_img = cv2.cvtColor(opencv_img, cv2.COLOR_RGBA2BGRA)  # 顏色從 RGBA 轉換為 BGRA
    img_list.append(opencv_img)                    # 利用串列儲存該圖片資訊

loop = True                                        # 設定 loop 為 True
while loop:
    for i in img_list:
        cv2.imshow('oxxostudio', i)                # 不斷讀取並顯示串列中的圖片內容
        if cv2.waitKey(200) == ord('q'):
            loop = False                           # 停止時同時也將 while 迴圈停止
            break
cv2.destroyAllWindows()

編輯並儲存 gif 動畫

開啟 gif 動畫後，可以利用 OpenCV 編輯，再透過 Pillow 的 save 方法儲存為新的 gif，如果要儲存為「gif 動畫」，需要按照下方規則設定 save：

frame1.save("oxxostudio.gif", save_all=True, append_images=frame_list, duration=200, disposal=2)

# frame1：gif 動畫第一個影格
# save_all：設定 True 表示儲存全部影格，否則只有第一個
# append_images：要添加到 frame1 影格的其他影格，串列格式，通常會用 frame[1:] 來添加除了第一個影格之後的所有影格
# duration：每個影格之間的毫秒數，支援串列格式
# disposal：添加模式，預設 0，如果背景透明，則設定為 2 避免影格彼此覆蓋覆蓋

下方的程式執行後，會先開啟 gif 動畫，然後在每一個影格的中間加上黑色區塊與文字，最後再組合成新的 gif 動畫。

from PIL import Image,ImageSequence
import cv2
import numpy as np

gif = Image.open('dot.gif')

img_list = []
for frame in ImageSequence.Iterator(gif):
    frame = frame.convert('RGBA')
    opencv_img = np.array(frame, dtype=np.uint8)
    opencv_img = cv2.cvtColor(opencv_img, cv2.COLOR_RGBA2BGRA)

    # 在圖形中間繪製黑色方塊
    cv2.rectangle(opencv_img,(100,120),(300,180),(0,0,0),-1)

    # 在黑色方塊上方加入文字
    text = 'oxxo.studio'
    org = (110,160)
    fontFace = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
    fontScale = 1
    color = (255,255,255)
    thickness = 2
    lineType = cv2.LINE_AA
    cv2.putText(opencv_img, text, org, fontFace, fontScale, color, thickness, lineType)

    img_list.append(opencv_img)

loop = True
while loop:
    for i in img_list:
        cv2.imshow('oxxostudio', i)
        if cv2.waitKey(200) == ord('q'):
            loop = False
            break
# 建立要輸出的影格串列
output = []
for i in img_list:
    img = i
    img = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGRA2RGBA)  # 因為 OpenCV 為 BGRA，要轉換成 RGBA
    img = Image.fromarray(img)    # 轉換成 PIL 格式
    img = img.convert('RGB')      # 轉換成 RGB ( 如果是 RGBA 會自動將黑色白色變成透明色 )
    output.append(img)            # 加入 output
# 儲存為 gif 動畫圖檔
output[0].save("oxxostudio.gif", save_all=True, append_images=output[1:], duration=200, loop=0, disposal=0)
cv2.destroyAllWindows()

靜態圖片組合成 gif 動畫

單純使用 PIL 依序開啟靜態圖片，將圖片依序加入串列中，最後再透過 save 方法儲存為 gif。

• 範例圖檔：frame0、frame1、frame2、frame3

from PIL import Image,ImageSequence

gif = []
for i in range(4):
    img = Image.open(f'frame{i}.jpg')  # 開啟圖片
    gif.append(img)                    # 加入串列
# 儲存為 gif
gif[0].save("oxxostudio.gif", save_all=True, append_images=gif[1:], duration=200, loop=0, disposal=0)

影片轉換為 gif 動畫

運用上方所介紹的原理，就能將影片自動轉換成 gif 動畫，轉換過程中設定 cv2.waitKey(ms) 的數值，就可以定義每多少毫秒截取一張圖片，也可以避免 gif 檔案大小過大的問題 ( 通常會將 cv2.waitKey(ms) 和儲存時的 duration 參數設定為相同的數值 )。

from PIL import Image,ImageSequence
import cv2
import numpy as np

output = []                       # 建立輸出的空串列

cap = cv2.VideoCapture(0)         # 從攝影鏡頭取得影像
if not cap.isOpened():
    print("Cannot open camera")
    exit()
while True:
    ret, img = cap.read()
    if not ret:
        print("Cannot receive frame")
        break
    img = cv2.resize(img, (450,240))    # 調整影片大小

    # 加上黑色區塊
    cv2.rectangle(img,(10,10),(200,42),(0,0,0),-1)

    # 加上文字
    text = 'oxxo.studio'
    org = (15,35)
    fontFace = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
    fontScale = 1
    color = (255,255,255)
    thickness = 2
    lineType = cv2.LINE_AA
    cv2.putText(img, text, org, fontFace, fontScale, color, thickness, lineType)

    gif = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGRA2RGBA)  # 轉換顏色
    gif = Image.fromarray(gif)                    # 轉換成 PIL 格式
    gif = gif.convert('RGB')                      # 轉換顏色
    output.append(gif)                            # 添加到 output

    cv2.imshow('oxxostudio', img)
    if cv2.waitKey(250) == ord('q'):
        break
cap.release()
# 儲存為 gif 動畫
output[0].save("test2.gif", save_all=True, append_images=output[1:], duration=250, loop=0, disposal=2)
cv2.destroyAllWindows()

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