使用ctypes数组时PIL的Image.frombuffer预期数据长度

Question

我正在使用 Python、PIL 和 ctypes 进行图像处理。当我将一些东西组合在一起时，我使用 PIL 的 fromstring 函数将像素缓冲区从 ctypes 获取到 PIL 对象中。我只是迭代数组，构建 python 字符串。

这有效

tx = foo.tx
tx.restype = POINTER(c_ubyte)
result = tx(...args...)

#TODO there must also be a better way to do this
pystr = ""
for i in xrange(w*h*4):
   pystr += result[i]
i = Image.fromstring("RGBA", (w, h), pystr)
i.save("out.png")

虽然不太漂亮，但它有效。评论了 TODO 并继续。初始管道到位后，分析显示此代码块存在重大性能问题。我想这并不奇怪。

这不起作用

与此问题类似：像素操作使用 PIL.Image 和 ctypes，我尝试使用 frombuffer() 更有效地将像素数据获取到 PIL 对象中：

tx = foo.tx
tx.restype = POINTER(c_ubyte)
result = tx(...args...)
i = Image.frombuffer('RGBA', (w, h), result, 'raw', 'RGBA', 0, 1)
i.save("out.png")

尽管 fromstring 工作，但使用frombuffer 会导致以下异常：

Traceback (most recent call last):
  File "test.py", line 53, in <module>
    i = Image.frombuffer('RGBA', (w, h), res, 'raw', 'RGBA', 0, 1)
  File "/Library/Python/2.7/site-packages/PIL/Image.py", line 1853, in frombuffer
    core.map_buffer(data, size, decoder_name, None, 0, args)
ValueError: buffer is not large enough

环境

缓冲区在 C 中进行 malloc 处理：

unsigned char *pixels_color = (unsigned char*)malloc((WIDTH*HEIGHT*4)*sizeof(unsigned char*));

• 缓冲区的每个像素每个像素有 4 个字节波段 RGBA。
• Mac OS X 10.7、python2.7.1、PIL 1.1.7

编辑

基于 eryksun 的在下面的评论和回答中，我将缓冲区分配从 C 库中的 malloc 移动到 Python 中，并将指针传递到 C 中：

tx = foo.tx
tx.restype = POINTER(c_ubyte)

pix_clr = (c_ubyte*(w*h*4))()

tx(...args..., pix_clr)
i = Image.frombuffer('RGBA', (w, h), pix_clr, 'raw', 'RGBA', 0, 1)
i.save("out.png")

这按预期工作。它仍然没有解释为什么 PIL 对 C 分配的缓冲区不满意，但无论如何，这是更好的内存管理结构。感谢 ErykSun 和 HYRY！

Answer 1

当您设置 tx.restype = POINTER(c_ubyte) 时，生成的 ctypes 指针对象是图像缓冲区地址的 4 或 8 字节缓冲区。您需要从此地址创建一个 ctypes 数组。

如果你提前知道尺寸，可以设置SIZE = WIDTH * HEIGHT * 4; tx.restype = POINTER(c_ubyte * SIZE)。否则设置tx.restype = POINTER(c_ubyte)，并转换为动态大小，即size = w * h * 4; pbuf = 转换（结果，POINTER（c_ubyte * 大小））。无论哪种方式，您都需要取消引用指针才能获取数组。使用 buf = pbuf[0] 或 buf = pbuf.contents。然后您可以将 buf 传递给 Image.frombuffer。

也就是说，使用 ctypes 分配内存通常更简单。这为您提供了引用计数内存管理，而不必手动释放内存。以下是一个玩具示例。

假设动态大小，调用者需要获取图像尺寸才能分配数组，因此我添加了一个包含图像宽度、高度和深度的结构体，该结构体由 C 函数填充>获取图像信息。函数get_image接收指向图像数组的指针以复制数据。

import ctypes

lib = ctypes.CDLL('imgtest.dll')

class ImageInfo(ctypes.Structure):
    _fields_ = (
        ('width', ctypes.c_int),
        ('height', ctypes.c_int),
        ('depth', ctypes.c_int),
    )

pImageInfo = ctypes.POINTER(ImageInfo)
pImage = ctypes.POINTER(ctypes.c_ubyte)

lib.get_image_info.argtypes = [pImageInfo]
lib.get_image_info.restype = ctypes.c_int

lib.get_image.argtypes = [pImage]
lib.get_image.restype = ctypes.c_int

imgnfo = ImageInfo()
lib.get_image_info(ctypes.byref(imgnfo))
w, h, d = imgnfo.width, imgnfo.height, imgnfo.depth

imgdata = (w * h * d * ctypes.c_ubyte)()
lib.get_image(imgdata)

from PIL import Image
img = Image.frombuffer('RGBA', (w, h), imgdata, 'raw', 'RGBA', 0, 1)

C 声明：

typedef struct _ImageInfo {
    int width;
    int height;
    int depth;
} ImageInfo, *pImageInfo;

typedef unsigned char *pImage;

int get_image_info(pImageInfo imgnfo);
int get_image(pImage img);

Answer 2

尝试以下代码：

import Image
from ctypes import c_ubyte, cast, POINTER

buf = (c_ubyte * 400)()
pbuf = cast(buf, POINTER(c_ubyte))
pbuf2 = cast(pbuf, POINTER(c_ubyte*400))

img1 = Image.frombuffer("RGBA", (10,10), buf, "raw", "RGBA", 0, 1)
img2 = Image.frombuffer("RGBA", (10,10), pbuf2.contents, "raw", "RGBA", 0, 1)

buf是一个ubyte数组，pbuf是一个指向ubyte的指针，pbuf2是一个指向ubyte[400]的指针。 img1是直接从buf创建的，img2是从pubf2.contents创建的。

您的程序从指向 ubyte 的指针创建图像，您必须将其转换为指向数组的指针，并使用内容属性来获取缓冲区。因此使用以下代码将指针转换为数组：

tmp = cast(result, POINTER(c_ubyte*4*w*h)).contents
Image.frombuffer('RGBA', (w, h), tmp, 'raw', 'RGBA', 0, 1)