1. Why Python

C/C++

早期的計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域大多數(shù)程序都是用C/C++編寫(xiě)。隨著計(jì)算機(jī)硬件速度越來(lái)越快，開(kāi)源平臺(tái)越來(lái)越多，開(kāi)發(fā)者選擇計(jì)算機(jī)視覺(jué)算法的實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言變得更加靈活，代碼編寫(xiě)的效率和易用性成為選擇編寫(xiě)語(yǔ)言時(shí)的考慮因素，而不再僅僅只考慮執(zhí)行效率。
?

Python

Python的跨平臺(tái)、開(kāi)放性、易用性，加之豐富的資源使其成為近年來(lái)越來(lái)越多開(kāi)發(fā)者的選擇。國(guó)外出版了大量的Python編程、學(xué)習(xí)書(shū)籍，亞馬遜搜索Python圖書(shū)，結(jié)果列表長(zhǎng)達(dá)100頁(yè)共5712本（截止2016年5月28日）。你也可以從諸如Coursera或Edx等mooc平臺(tái)找到像MIT校長(zhǎng)講授的Python入門(mén)等課程。國(guó)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。除了這些學(xué)習(xí)資料，更重要的是Python自帶很多可免費(fèi)獲取的強(qiáng)大而便捷的圖像處 理、數(shù)學(xué)計(jì)算和數(shù)據(jù)挖掘模塊和豐富的其他網(wǎng)絡(luò)資源。

本文以windows平臺(tái)為例，介紹使用Python進(jìn)行計(jì)算機(jī)視覺(jué)編程的開(kāi)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(kāi)發(fā)環(huán)境搭建的基本方法，并提供了簡(jiǎn)單的代碼示例。想說(shuō)的是，Python安裝方法與系統(tǒng)、軟件版本等諸多因素有關(guān)，要想一步到位比較難，遇到問(wèn)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(jué)編程環(huán)境的常用配置如下：

Python：Pyhton2.7或Python3.x

pip：python的一個(gè)包管理器，安裝后可方便的引入第三方庫(kù)

NumPy：該模塊用于python計(jì)算機(jī)視覺(jué)編程時(shí)的向量、矩陣的表示與操作

SciPy：更高級(jí)的數(shù)學(xué)計(jì)算模塊

Matplotlib：結(jié)果可視化模塊

PIL：Python的圖像處理類庫(kù)，提供通用的圖像處理功能及大量基本圖像操作

LIBSVM：用于機(jī)器學(xué)習(xí)的開(kāi)源庫(kù)

OpenCV：流行的開(kāi)源機(jī)器視覺(jué)算法庫(kù)，提供越來(lái)越多的Python接口，目前支持到Python2.7

2.1 Python

版本選擇：
選擇Python2還是Pyhton3這是一個(gè)問(wèn)題，我們需要知道的：

Python2：用的人多，坑少，大多數(shù)第三方庫(kù)目前都支持。

Python3：重大改進(jìn)，發(fā)展趨勢(shì)。但有些第三方庫(kù)目前還支持不到3.x。

Python3與Python2有很多語(yǔ)法差異，并且不兼容2.x版本。

對(duì)初學(xué)者，可以先學(xué)Pyhton2.7，等第三方庫(kù)支持較好了再學(xué)習(xí)Python3，也會(huì)比較快入手。

安裝并添加環(huán)境變量：
下載與操作系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的版本，運(yùn)行安裝，這里選擇默認(rèn)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(jí)系統(tǒng)設(shè)置，系統(tǒng)環(huán)境變量后加“;”號(hào)，然后添加python2.7的路徑，確定。

這樣，命令行即可直接運(yùn)行Pyhton，并查看版本信息

2.2 安裝pip
pip是python中的一個(gè)包管理器，就是在電腦中自動(dòng)安裝、配制、卸載和升級(jí)軟件包的工具組合。pip可以代替之前的easy_install，可方便的引入第三方庫(kù)。

目前最新版本為PIP-8.1.2。

安裝并添加系統(tǒng)環(huán)境變量：
下載對(duì)pip-8.1.2.tar.gz壓縮包，打開(kāi)cmd，進(jìn)入相應(yīng)解壓目錄使用命令行安裝。

例如，下載的是PIP-8.1.2.tar.gz壓縮包，解壓后得到pip-8.1.2文件夾。將該拷貝到Python安裝目錄C:Python27下（不拷貝到這個(gè)文件夾也可以），打開(kāi)cmd進(jìn)入pip-8.1.2目錄下運(yùn)行：
python setup.py install
?

然后再次編輯系統(tǒng)環(huán)境變量，將C:Python27Scripts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三方庫(kù)，例如下面的NumPy和SciPy等第三方庫(kù)了。

2.3 NumPy
NumPy（Numeric Python）是Python的一種開(kāi)源的數(shù)值計(jì)算擴(kuò)展。這種工具可用來(lái)存儲(chǔ)和處理大型矩陣，比Python自身的嵌套列表（nested list structure)結(jié)構(gòu)要高效的多（該結(jié)構(gòu)也可以用來(lái)表示矩陣（matrix））。提供了許多高級(jí)的數(shù)值編程工具，如：矩陣數(shù)據(jù)類型、矢量處理，以及精密的運(yùn)算庫(kù)。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 下載。

安裝：
方法1：

下載源碼，打開(kāi)cmd，進(jìn)入相應(yīng)目錄使用命令行安裝
python setup.py install

方法2：

windows系統(tǒng)可以下載對(duì)應(yīng)版本的.exe文件，如numpy-1.9.2-win32-superpack-python2.7.exe安裝。

方法3：

使用pip直接安裝NumPy
pip install numpy

可能會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)速等原因安裝不成功，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) 是一款方便、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(hào)和圖像處理，常微分方程求解器等。

方法3：

同樣也可以使用pip直接安裝scipy
pip install scipy

2.5 PIL
PIL (Python Imaging Library) Python圖像處理類庫(kù)。提供了通用的圖像處理功能，以及大量游泳的基本圖像操作，如圖像縮放、裁剪、色彩空間轉(zhuǎn)換等。

安裝：
方法1：

下載源碼，打開(kāi)cmd，進(jìn)入相應(yīng)目錄使用命令行安裝
python setup.py install

方法2：
windows系統(tǒng)可下載.exe文件，如PIL-1.1.7.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
pip install PIL

2.6 matplotlib
matplotlib是一個(gè)2維Pyhton跨平臺(tái)交互式繪圖庫(kù)。

安裝說(shuō)明文檔 提示在windows平臺(tái)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(yè)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(dòng)下載安裝了吧。大家可以先試試下面的方法2。

安裝：
方法1：
使用pip離線安裝.whl文件。將上述下載地址下載好的matplotlib-1.5.1-cp27-none-win32.whl拷入某文件夾
pip install e:教程pythonmatplotlib matplotlib-1.5.1-cp27-none-win32.whl

方法2：

使用pip在線安裝
pip install matplotlib

2.7 LIBSVM
LIbSVM是***同胞為世界機(jī)器學(xué)習(xí)的卓越貢獻(xiàn)之一，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(yǔ)言。

下載地址：
~cjlin/libsvm/
下載LIBSVM軟件包libsvm-3.21.zip文件

安裝：
windows下安裝python的LIBSVM模塊及其艱難，請(qǐng)務(wù)必做好思想準(zhǔn)備：windows下安裝LIBSVM最常見(jiàn)問(wèn)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，終于找到一個(gè)在本機(jī)環(huán)境下能用的方法，并且此方法比較簡(jiǎn)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libsvm-3.21壓縮包

python安裝路徑C:Python27

Python版本：2.7.11 win32位

（1）將下載的libsvm-3.21壓縮包解壓到C盤(pán)根目錄下（其他文件夾也可）

將libsvm-3.21解壓到C:libsvm-3.21

（2）下載libsvm-3.21的.whl文件

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

拷貝到某目錄，例如：e:教程pythonLibsvm

（3）使用pip安裝libsvm-3.21-cp27-none-win32.whl

運(yùn)行cmd，使用pip安裝上述.whl文件：
pip install e:教程pythonlibsvmlibsvm-3.21-cp27-none-win32.whl

現(xiàn)在，符合本機(jī)環(huán)境和軟件版本的LIBSVM就被存放到你python安裝目錄下的Libsite-packages文件夾中，其中有一個(gè)libsvm-3.21.dist-info文件夾，里面都是說(shuō)明文件。
（4）將安裝生成的libsvm.dll替換C:libsvm-3.21windows下的libsvm.dll

使用安裝生成的C:Python27Libsite-packages下的libsvm.dll替換C:libsvm-3.21windows下的libsvm.dll。至此，libsvm.dll文件和你電腦的版本號(hào)完全對(duì)應(yīng)，安裝完成，本文在第3節(jié)測(cè)試安裝。

本方法參考了下文：

2.8 OpenCV
OpenCV是業(yè)界最常用的開(kāi)源機(jī)器視覺(jué)庫(kù)，無(wú)需多介紹。目前OpenCV僅支持到Python2.7。

安裝：
下載文件opencv-2.4.10.exe是一個(gè)自解壓縮文件，將解壓后的文件夾opencv->build->python->2.7->x86中的 cv2.pyd復(fù)制到：C:Python27Libsite-packages 中即可。

3. 測(cè)試安裝：示例程序

3.1 NumPy+PIL
Python IDLE GUI新建File，輸入如下代碼，保存后F5運(yùn)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庫(kù)show()函數(shù)顯示圖片有問(wèn)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
return "start /wait %s && del/f %s" % (file, file)

替換為
return "start /wait %s && PING127.0.0.1 -n 5 > NUL && del /f %s" % (file, file)

替換后圖片將使用windows圖片查看器打開(kāi)。

NumPy參考文檔：

PIL參考文檔：
?

3.2 NumPy+Matplotlib
打開(kāi)Python，F(xiàn)ile->New File，輸入如下代碼，保存，F(xiàn)5運(yùn)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()

更多示例參考：

幫助文檔：
?

3.3 LIBSVM
2.7節(jié)已經(jīng)安裝配置好了LIBSVM，打開(kāi)IDLE (PythonGUI)，新建一個(gè)文件，輸入如下代碼：
import os

os.chdir('C:libsvm-3.21python')
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)

取個(gè)文件名（例如svmlib_test1.py）保存后，按F5運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)果如下，說(shuō)明安裝成功

===================== RESTART:D:Pythonsvmlib_test1.py =====================

Accuracy = 84.2857%(59/70) (classification)

3.4 OpenCV
打開(kāi)解壓后opencv文件夾中的sourcesamplespython
選擇drawing.py右鍵->Edit with IDLE

如果沒(méi)有問(wèn)題應(yīng)該看到變換的彩色條紋：

自己寫(xiě)個(gè)顯示圖像的例子，新建文件，輸入代碼
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，F(xiàn)5運(yùn)行，結(jié)果如下

Python機(jī)器視覺(jué)編程環(huán)境搭建過(guò)程比較繁瑣，每一步可能都有多種方法，也可能有各種問(wèn)題，本文總結(jié)的是書(shū)上和網(wǎng)友給出的部分方法，難免疏漏，僅供參考。