Python程序设计 大作业 简化的PS

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完成简易PS的实现，通过编写GUI界面，与用户进行交互，实现显示图片，调整图片亮度，缩放和旋转图片，添加水印等功能。GUI界面的实现，通过PyQt5来进行编写，对于图像的处理，则通过Pillow库对其进行处理，完成所需要的各项功能。布局采用上下格式，用QLabel来存放图片，之后下面用自己定义的Tab组件来实现各种操作，另外添加菜单栏进行文件的操作，如打开和保存、关闭等。

项目背景和意义

项目背景

随着时代的发展，人们对于修图的需求越来越大，在生活中随处可见处理过的图片，原模原样的图片已经很少见了，在基本的手机自带的相机中，都有着一大堆对于图像进行处理的功能。在学习完本学期的Python课程之后，我对GUI界面编程十分感兴趣，所以打算用PyQt5结合Pillow库，制作一个简单的修图软件。

意义

通过搭建基本的软件GUI界面，和对Pillow库的使用，增强了我的编程能力。在项目开始之前，我对于PyQt5的GUI搭建和Pillow库还不是很了解，需要上网寻找资料，进行自学。这锻炼了我们收集信息的能力。在编程过程中，难免会出现一个又一个的bug，这时候就需要自己进行程序的调试。但有的时候是自己对于程序背后的理解有误，例如对于信号传递机制的理解不够到位等。在不断的处理bug的过程中，增强了我解决问题的能力。遇到问题，不断克服问题。看着一个项目从无到有，被自己一点点的构建起来，这极大的增强了我编程的自信和能力。经过此次开发，我对于项目开发的基本流程有了一定的了解，不再是盲目的开发，想到哪里就写哪里。而是在开始就对程序进行拆分，分成不同的部分，一步一步地分开进行实现。先实现最基本的一部分功能，之后为其添砖加瓦。先实现可用的软件，再继续实现其他。并在程序中注意响应变化，为未来程序的扩展进行准备。在真正的项目中，需求也是在一直变化的，所以我们要注意响应的变化。

需求分析

基本的主界面的分析

主界面主要是由一个QLabel标签和一个自定义的组件（继承于QTabWidget）来实现，主窗口继承于QMainWindow，QLabel用于显示图片的处理结果，QTabWidget用来存放对于图片的操作的选项，如调整大小和添加水印等。主页面继承于QMainWidget，可以实现对应的菜单栏和状态栏，来实现打开图片和保存图片等功能。

对于图片的各个参数的调整

用四个QSlider来实现对于照片的亮度，长宽和旋转角度的调整。为了让调节的参数更加的直观可见，加入QLabel来实现对QSlier数值的显示。可设置QSlider的范围为-100到100，这样就既可以使参数正向增加也可以负向减少了。对于图像的各个参数，直接传入这样的值是显然不行的，要通过一些基础的方法，来进行数值的转换，转成图片可以接受的参数。其中，亮度可以使用Pillow.ImageEnhance模块进行操作。大小可以使用PyQt5.QtGui的QPixmap.resize()进行操作。旋转可以使用Pillow的Image.rotate()进行操作。在调节过程中，难免会有调错，想要重新复原的需求。为了避免手动调整参数到初始值这种繁杂的操作，因此加入了3个重置按钮来重置照片的各个参数。在打开图片之前，同样需要调用这三个重置方法来实现各个数值和QSlider的复位。

水印

要实现图片的添加水印的功能，添加一个按钮来进行水印的添加和去除。使用Pillow.ImageDraw模块在图片的左上角添加一个“Watermark”的字样作为水印。并在添加之后，让按钮的显示内容变为“去除水印”，用于去除水印，来灵活地实现水印的添加和去除。

概要和详细设计

代码总框图

代码总框架
其中，Photoshop.py是软件主体窗体，以及执行部分，Widget_self.py是自定义控件部分，Variabel.py是全局变量与常量部分，ProcessPhoto.py是图片处理方法部分。

各部分框图

菜单栏以及其三个事件

菜单栏以及其三个事件

调整图片的各个参数

调整图片的各个参数

水印

水印

全局变量与常量

全局变量与常量

处理图片的Process类

处理图片的Process类

代码实现

python版本以及库版本说明

Python: 3.9.5 64-bit
PyQt5: 5.15.4
PyQt5-stubs: 5.15.2.0
PyQt5-sip: 12.9.0
PyQt5-Qt5: 5.15.2
Pillow: 8.2.0

所使用的关键库

PyQt5

版本5.15.4，是主要的搭建界面所用的库，完成整个界面的搭建，在整个实验过程中使用了其中的多个组件，并完成事件的响应，响应鼠标的各种点击事件。

Pillow

版本8.2.0，Pillow是python自带的处理图片的库，整个过程中的图片处理都通过这个库来实现，包括调整大小，水印滤镜等功能。

Sys

保证程序的正常运行所调用的库。

各个文件的说明

Photoshop.py

主要的程序文件，进行主要的界面搭建以及运行，这里是程序的入口文件。

Widget_self.py

在该文件中，主要进行自定义组件，包括调整图片参数的QSlider，显示QSlider数值的QLabel，进行重置功能和加水印功能的QButton。并为每个组件链接响应事件的函数，来完成对于图片的不同处理。

Variable.py

用于存放在整个程序中用到的全局变量，各种常量，并为每种全局变量提供.get()和.set()方法，用于得到和设置全局变量。各种常量用于规定窗口的大小等。如果将来需求发生变化，需要改变初始窗口的大小，可以直接在这个文件中进行改变，增强了软件响应变化的能力。

ProcessPhoto.py

对图片进行处理的文件，每一次对图片进行处理，都需要进行调用其中的函数，包括改变亮度、调整大小、旋转图片和添加水印。并提供改变的接口，方便其他python文件进行调用。

关键代码说明

Photoshop.py

初始化自定义组件

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class MyTab(QTabWidget):
    def __init__(self, parent):
        super().__init__()
        self.parent = parent

        # 添加自定义组件
        self.adjust_tab = AdjustTab()
        self.addTab(self.adjust_tab, "调整参数")    # 设置其显示名称
        self.setMaximumHeight(300)      # 设置其最大高度

说明：自定义组件MyTab的实现，继承于QTabWidget类，为其添加了一个Tab用于操作图片。

初始化软件主窗口

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def initUI(self):
    # 初始化界面
    # 设置状态栏
    self.statusbar = self.statusBar()
    self.statusbar.showMessage('Ready')
    # 设置菜单栏
    # 新建打开动作
    openAct = QAction('打开', self)  # 打开动作
    openAct.setShortcut('Ctrl+O')   # 打开快捷键
    openAct.setStatusTip('打开文件')    # 打开提示
    openAct.triggered.connect(self.openImage)   # 连接打开事件
    # 新建保存动作
    saveAct = QAction('保存', self)  # 保存动作
    saveAct.setShortcut('Ctrl+S')   # 保存快捷键
    saveAct.setStatusTip('保存文件')    # 保存提示
    saveAct.triggered.connect(self.SaveEvent)   # 连接保存事件
    # 新建退出动作
    exitAct = QAction('退出', self)  # 退出动作
    exitAct.setShortcut('Ctrl+E')   # 退出快捷键
    exitAct.setStatusTip('退出软件')    # 退出提示
    exitAct.triggered.connect(self.close)   # 连接退出事件

    # 新建一个菜单栏
    menubar = self.menuBar()
    fileMenu = menubar.addMenu('文件')  # 设置菜单栏显示的内容
    # 加入上述三个事件
    fileMenu.addAction(openAct)
    fileMenu.addAction(saveAct)
    fileMenu.addAction(exitAct)

    # 布局
    # 图片显示部分
    imagelabel = QLabel("")  # 使用QLabel来显示图片
    Variable.set_imagelabel(imagelabel)  # 将QLabel放置到全局变量
    imagelabel.setAlignment(Qt.AlignCenter)  # 中心对齐

    # 修改操作部分
    self.mytab = MyTab(self)    # 使用自定义控件来进行操作

    # 设置框垂直布局
    vbox = QVBoxLayout()
    vbox.addWidget(imagelabel)
    vbox.addWidget(self.mytab)
    # 将布局页面设置到主窗口中间
    main_frame = QWidget()
    main_frame.setLayout(vbox)
    self.setCentralWidget(main_frame)

    # 窗口设置
    self.resize(Variable.WINDOW_WIDTH, Variable.WINDOW_HEIGHT)  # 调整大小
    self.center()   # 让窗口出现在屏幕中间
    self.setWindowTitle('简易PS')   # 窗口标题
    self.setWindowIcon(QIcon('Mini Photoshop/ps.ico'))  # 窗口图标
    self.show()  # 呈现窗口

说明：实现GUI组件的摆放，并添加菜单栏和状态栏，并为这些东西添加Action，并将其绑定到对应的函数上。

打开文件的方法

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def openImage(self):
    # 打开文件事件
    imagelabel = Variable.get_imagelabel()  # 从全局变量中获取QLabel

    fname, _ = QFileDialog.getOpenFileName(
        self, '打开图片', '/', "Image files (*.jpg *.png)")  # 打开对话框来进行文件选择，获得文件路径

    if fname:   # 防止文件路径为空导致错误，设置一个条件来判断是否执行，之后的其他事件与此相同
        image = Image.open(fname)   # 使用Pillow库来打开文件
        Variable.set_image(image)   # 将其保存到全局变量

        # 将几个操作参数复位
        self.mytab.adjust_tab.reset()
        self.mytab.adjust_tab.resize()
        self.mytab.adjust_tab.rerotation()

        # 呈现图片
        qimg = ImageQt(image)   # 先将Image转成QImage
        img_pix = QPixmap.fromImage(
            qimg, Qt.AutoColor)  # 再从QImage转成QPixmap
        img_pix = img_pix.scaled(
            Variable.DEFAULT_WIDTH, Variable.DEFAULT_HEIGHT, Qt.KeepAspectRatio)    # 将QPixmap按图片比例调整大小至可放入QLabel
        imagelabel.setPixmap(img_pix)   # 放入QLabel
        # 将此时的长宽存入全局变量
        Variable.set_width(img_pix.width())
        Variable.set_height(img_pix.height())
        # 记录图片的现时大小（注：之前只是修改了QPixmap的大小，这里指的是记录图片的目前大小，方便之后复用）
        process.change_width(0)
        process.change_height(0)
    else:
        pass

说明：该函数用于打开图片，当用户点击打开时，就会调用这个函数，用QFileDialog.getOpenFileName来获得图片的路径，之后调用Pillow来打开图片，同时更改用来存储图片的全局变量。为了保证多次打开之间不会相互影响，在每次打开图片之后，调用各个组件的重置函数。

保存文件的方法

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def SaveEvent(self):
    # 保存文件事件
    filename, _ = QFileDialog.getSaveFileName(
        self, "文件保存", '/', "Image files (*.jpg *.png)")
    if filename:
        image = Variable.get_image()    # 获取全局变量中的image进行操作
        process.change_save(filename)   # 改变保存标志
        process.process_photo(image)    # 保存文件
    else:
        pass

说明：该函数用来响应保存事件，获得保存路径之后，改变保存标识，调用process_photo()方法进行保存。

关闭软件的方法

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def closeEvent(self, event):
    # 关闭软件事件
    reply = QMessageBox.question(self, '温馨提示',
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                                 QMessageBox.No, QMessageBox.No)    # 关闭弹出确认框

    # 确认框的响应事件
    if reply == QMessageBox.Yes:
        event.accept()
    else:
        event.ignore()

说明：该函数用来响应窗口关闭事件，询问是否退出程序。

设置菜单的功能

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def contextMenuEvent(self, event):
    # 菜单内容
    cmenu = QMenu(self)

    opnAct = cmenu.addAction("打开")
    saveAct = cmenu.addAction("保存")
    action = cmenu.exec_(self.mapToGlobal(event.pos()))

    if action == opnAct:
        self.openImage()
    if action == saveAct:
        self.SaveEvent()

说明：用来响应用户在界面上的鼠标右击事件，显示一个菜单，可以进行图片的打开和保存。

Widget_self.py

初始化自定义组件的界面和链接各个部件的功能

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class AdjustTab(QWidget):
    # 自定义的控件
    def __init__(self):
        # 初始化界面
        super().__init__()
        # 加入亮度调整部分
        self.bright_label = QLabel("亮度")  # 显示内容，下同
        self.bright_label_value = QLabel('0')   # 显示数值，下同
        self.bright_slider = QSlider(Qt.Horizontal, self)   # 加入滑动条，下同
        # 设置滑动条最大最小值，下同
        self.bright_slider.setMaximum(100)
        self.bright_slider.setMinimum(-100)
        self.bright_slider.setValue(0)  # 设置滑动条初始值，下同
        self.bright_slider.valueChanged[int].connect(
            self.changeImage)  # 连接参数变更事件，下同
        # 加入高度调整部分
        self.high_label = QLabel("高度")
        self.high_label_value = QLabel('0')
        self.high_slider = QSlider(Qt.Horizontal, self)
        self.high_slider.setMaximum(100)
        self.high_slider.setMinimum(-100)
        self.high_slider.setValue(0)
        self.high_slider.valueChanged[int].connect(self.changeImage)
        # 加入宽度调整部分
        self.width_label = QLabel("宽度")
        self.width_label_value = QLabel('0')
        self.width_slider = QSlider(Qt.Horizontal, self)
        self.width_slider.setMaximum(100)
        self.width_slider.setMinimum(-100)
        self.width_slider.setValue(0)
        self.width_slider.valueChanged[int].connect(self.changeImage)
        # 加入角度调整部分
        self.rotation_label = QLabel("角度")
        self.rotation_label_value = QLabel('0')
        self.rotation_slider = QSlider(Qt.Horizontal, self)
        self.rotation_slider.setMaximum(180)
        self.rotation_slider.setMinimum(-180)
        self.rotation_slider.setValue(0)
        self.rotation_slider.valueChanged[int].connect(self.changeImage)
        # 加入重置部分
        self.reset_button = QPushButton("重置亮度")  # 加入重置亮度按钮
        self.reset_button.clicked.connect(self.reset)   # 连接重置亮度事件
        self.bind_button = QPushButton("重置大小")  # 加入重置大小按钮
        self.bind_button.clicked.connect(self.resize)   # 连接重置大小事件
        self.rerotation_button = QPushButton("重置角度")    # 加入重置角度按钮
        self.rerotation_button.clicked.connect(self.rerotation)  # 连接重置角度事件
        self.watermark_button = QPushButton("添加水印")  # 加入添加水印按钮
        self.watermark_button.clicked.connect(self.add_watermark)   # 加入添加水印事件

        # 款式布局
        # 水平部分
        hbox1 = QHBoxLayout()
        hbox1.addWidget(self.bright_label)
        hbox1.addWidget(self.bright_label_value)
        hbox2 = QHBoxLayout()
        hbox2.addWidget(self.high_label)
        hbox2.addWidget(self.high_label_value)
        hbox3 = QHBoxLayout()
        hbox3.addWidget(self.width_label)
        hbox3.addWidget(self.width_label_value)
        hbox4 = QHBoxLayout()
        hbox4.addWidget(self.rotation_label)
        hbox4.addWidget(self.rotation_label_value)
        hbox5 = QHBoxLayout()
        hbox5.addStretch()
        hbox5.addWidget(self.reset_button)
        hbox5.addStretch()
        hbox5.addWidget(self.bind_button)
        hbox5.addStretch()
        hbox5.addWidget(self.rerotation_button)
        hbox5.addStretch()
        hbox5.addWidget(self.watermark_button)
        hbox5.addStretch()
        # 垂直部分
        vbox = QVBoxLayout()
        vbox.addLayout(hbox1)
        vbox.addWidget(self.bright_slider)
        vbox.addLayout(hbox2)
        vbox.addWidget(self.high_slider)
        vbox.addLayout(hbox3)
        vbox.addWidget(self.width_slider)
        vbox.addLayout(hbox4)
        vbox.addWidget(self.rotation_slider)
        vbox.addLayout(hbox5)

        self.setLayout(vbox)

说明：实现GUI组件的摆放，并添加QSlider和QLabel还有QButton。为它们添加布局，并为这些东西添加Action，将其绑定到对应的函数上。

改变图片的事件

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def changeImage(self, value):
    # 改变参数事件
    # 从全局变量中获取image进行修改
    image = Variable.get_image()

    # 获取修改参数
    source = self.sender()  # 判断修改参数来源，获取具体修改内容
    if source == self.bright_slider:
        # 修改亮度
        self.bright_label_value.setText(str(value))  # 改变显示的值，下同
        bright = (self.bright_slider.value() + 100) / 100   # 获取参数，下同
        process.change_bright(bright)   # 改变图片相应属性值，下同
    elif source == self.high_slider:
        # 修改高度
        self.high_label_value.setText(str(value))
        high = self.high_slider.value()
        process.change_height(high)
    elif source == self.width_slider:
        # 修改宽度
        self.width_label_value.setText(str(value))
        width = self.width_slider.value()
        process.change_width(width)
    elif source == self.rotation_slider:
        # 修改角度
        self.rotation_label_value.setText(str(value))
        angle = self.rotation_slider.value()
        process.change_angle(angle)

    # 应用修改
    process.process_photo(image)

说明：本部分响应QSlider的改变，通过使用Process中的.change()方法，来改变图片的属性值。最后通过process_photo()方法执行这些改变。

添加水印事件

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def add_watermark(self):
    # 添加水印事件
    image = Variable.get_image()
    process.change_watermark()  # 改变水印标志
    process.process_photo(image)    # 应用修改

    # 修改按钮显示内容
    if process.get_watermark():
        self.watermark_button.setText("取消水印")
    else:
        self.watermark_button.setText("添加水印")

说明：本部分响应“增加水印”的QButton的响应，通过使用Process中的.change()方法改变水印标识，再通过process_photo()方法执行改变。最后还需将QButton的内容进行更改。

复位事件

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def reset(self):
    # 重置亮度事件
    self.bright_slider.setValue(0)  # 将相关值设置为初始值0，下同

def resize(self):
    # 重置大小事件
    self.width_slider.setValue(0)
    self.high_slider.setValue(0)

def rerotation(self):
    # 重置角度事件
    self.rotation_slider.setValue(0)

说明：本部分包括三个QSlider的复位事件，响应的是三个QButton的点击事件，以及图片打开事件。

ProcessPhoto.py

定义一个类来存储图片属性

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class Process():
    # 修改类
    imagelabel = Variable.get_imagelabel()

    def __init__(self):
        self.bright = 1
        self.sharpness = 1
        self.contrast = 1
        self.angle = 0
        self.height = 0
        self.width = 0
        self.watermark = False
        self.save = ""

说明：定义Process类，专门用于对图像进行处理。因为如果只在其他地方对于图像进行处理，则会导致不同的属性处理的时候，另一属性的处理效果就会消失。所以要进行整体的封装，要将图片的各个属性进行封装，每次进行整体的处理。

改变图片属性值的相关函数

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# 改变属性值的函数
def change_bright(self, bright):
    self.bright = bright

def change_width(self, value):
    self.width = Variable.get_width() + value

def change_height(self, value):
    self.height = Variable.get_height() + value

def change_angle(self, angle):
    self.angle = angle

def change_watermark(self):
    self.watermark = not self.watermark

def get_watermark(self):
    return self.watermark

def change_save(self, path):
    self.save = path

说明：完成对于图片的不同属性的更改，方便之后进行处理

Process_photo()函数

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def process_photo(self, image):
    # 应用修改
    if image is not None:
        enhancer = ImageEnhance.Brightness(image)   # 获取图片亮度
        image = enhancer.enhance(self.bright)   # 修改图片亮度

        if self.watermark:
            idraw = ImageDraw.Draw(image)   # 添加水印
            # 设置水印内容
            text = "Watermark"
            font = ImageFont.truetype("arial.ttf", size=200)
            idraw.text((10, 10), text, font=font)

        # 应用图片旋转
        image = image.rotate(self.angle)

        # 显示图片修改效果
        imagelabel = Variable.get_imagelabel()
        qimg = ImageQt(image)
        img_pix = QPixmap.fromImage(qimg, Qt.AutoColor)
        img_pix = img_pix.scaled(self.width, self.height)   # 应用图片大小设置
        imagelabel.setPixmap(img_pix)

        # 如果存储标准不为False，则进行保存，保存完将标志重新设置为False
        if self.save:
            img_pix.save(self.save)
            self.save = False

说明：对于图像的处理函数，由于Pillow库自带的函数性质，可以每次从头进行图片的处理，以达到和GUI界面更好的契合。本函数主要是根据图片的各种参数、标识进行执行修改。

Variable.py

全局常量

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# 常量的定义
WINDOW_WIDTH = 1000
WINDOW_HEIGHT = 1000
DEFAULT_WIDTH = 800
DEFAULT_HEIGHT = 600

说明：对在整个程序中用到的常量进行定义

Variable类存储全局变量

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class Variable:
    # 全局变量
    image = None
    imagelabel = None
    width = 0
    height = 0


def set_width(value):
    Variable.width = value


def get_width():
    return Variable.width


def set_height(value):
    Variable.height = value


def get_height():
    return Variable.height


def set_image(image):
    Variable.image = image


def get_image():
    return Variable.image


def set_imagelabel(imagelabel):
    Variable.imagelabel = imagelabel


def get_imagelabel():
    return Variable.imagelabel

说明：保存用到的全局变量，并为其添加.set()和.get()函数用于设置和取得对应的全局变量的值。

代码测试

程序运行主界面

程序运行主界面

读取图片之后的界面

读取图片之后的界面

使用各种操作调整图片

使用各种操作调整图片

保存功能

保存功能

重置功能和取消水印

本次使用了重置角度功能和取消水印功能
重置角度功能和取消水印功能

退出功能

退出功能

结论与未来方向

结论

该项目完成了一些图片处理的基本功能，加深了我对于PyQt5和Pillow库的了解。看着一个项目从无到有，自己的编程信心有了很大的提升。并对开发流程及注意事项有了一定的了解。最令我深刻的体会是，在开发中，要尽量解耦合，时时刻刻准备相应变化，让自己的代码在应对不同的需求的时候可以尽量少的改动。

未来方向

虽然已经完成了大部分的功能，但仍然还有很大的扩展空间，例如滤镜、裁剪等功能，这样对于图片的操作更加的自由地实现对于图片的编辑。但由于时间精力原因无法做到更好，十分遗憾。

致谢

感谢常同学的督促与激励。

参考文献与链接

[1] PyQt5 Reference Guide
[2] Pillow — Pillow (PIL Fork) 8.2.0 documentation
[3] PyQt5中文教程

版本管理

本作业已上传至Github以及Gitee，希望各位能点个star再走 :smile:。

GitHub

Gitee