【Python/tkinter】画像の差分確認アプリを開発

file_path = tkinter.filedialog.askopenfilename()

im = Image.open(file_path)

resized_image = image.resize(resize_size)

import tkinter
import numpy as np
from PIL import Image, ImageTk
import tkinter.filedialog

class Diff():
	def __init__(self, master):
		# アプリのインスタンス
		self.master = master

		# 読み込んだor作成した画像（PIL画像）
		self.im1 = None
		self.im2 = None
		self.diff = None

		# 描画中の画像（tkinter画像）
		self.draw_im1 = None
		self.draw_im2 = None
		self.draw_diff = None

		# 画像を描画するキャンバス
		self.canvas_im1 = None
		self.canvas_im2 = None
		self.canvas_diff = None

		# キャンバスのサイズ
		self.canvas_width = 300
		self.canvas_height = 300

		# 差分を作成するボタンのリスト
		self.buttons = []
		
		# ウィジェット作成
		self.createWidgets()

	def createWidgets(self):
		'''
		ウィジェットの作成と配置を行う
		'''

		# キャンバスを配置するフレーム作成
		frame1 = tkinter.Frame(
			self.master,
		)
		frame1.grid(column=0, row=0)

		# ボタンを配置するフレーム作成
		frame2 = tkinter.Frame(
			self.master,
		)
		frame2.grid(column=1, row=0)

		# キャンバスを作成
		self.canvas_im1 = self.createCanvas(
			master=frame1, column=0, row=0
		)
		self.canvas_im2 = self.createCanvas(
			master=frame1, column=1, row=0
		)
		self.canvas_diff = self.createCanvas(
			master=frame1, column=2, row=0
		)
		
		# 画像選択ボタンを作成
		self.createSelectButton(
			master=frame2,
			text="画像１選択",
			command=self.selectIm1
		)

		self.createSelectButton(
			master=frame2,
			text="画像２選択",
			command=self.selectIm2
		)

		# 差分画像作成ボタンを作成（リストに追加）
		self.buttons.append(
			self.createDiffButton(
				master=frame2,
				text="単純差分をとる",
				command=self.simpleDiff
			)
		)

		self.buttons.append(
			self.createDiffButton(
				master=frame2,
				text="差分を強調する",
				command=self.emphasizeDiff
			)
		)

		self.buttons.append(
			self.createDiffButton(
				master=frame2,
				text="大きな差分のみ強調する",
				command=self.emphasizeLargeDiff
			)
		)

		self.buttons.append(
			self.createDiffButton(
				master=frame2,
				text="差分に色を付ける",
				command=self.colorDiff
			)
		)

		self.buttons.append(
			self.createDiffButton(
				master=frame2,
				text="差分に色を混ぜる",
				command=self.blendDiff
			)
		)


	def createCanvas(self, master, column, row):
		'''
		キャンバスを作成する
		master:キャンバスの配置先のウィジェット
		column:gridで貼り付ける位置（行）
		row:gridで貼り付ける位置（列）
		'''

		# Canvasインスタンスを作成して配置
		canvas = tkinter.Canvas(
			master,
			bg="white",
			width=self.canvas_width,
			height=self.canvas_height,
			highlightthickness=0
		)
		canvas.grid(
			column=column, row=row,
			padx=10, pady=10
		)

		return canvas

	def createSelectButton(self, master, text, command):
		'''
		画像選択ボタンを作成する
		master:ボタンの配置先のウィジェット
		text:ボタンに表示するテキスト
		command:ボタンクリック時に実行する関数（メソッド）
		'''

		# Buttonインスタンスを作成して配置
		button = tkinter.Button(
			master,
			text=text,
			command=command
		)
		button.pack(
			padx=10, pady=10
		)

		return button

	def createDiffButton(self, master, text, command):
		'''
		差分画像作成ボタンを作成する
		master:ボタンの配置先のウィジェット
		text:ボタンに表示するテキスト
		command:ボタンクリック時に実行する関数（メソッド）
		'''
		button = tkinter.Button(
			master,
			state=tkinter.DISABLED, # 画像選択するまで無効
			text=text,
			command=command
		)
		button.pack(
			padx=10, pady=10
		)

		return button


	def resize(self, img):
		'''
		画像をリサイズする
		img:リサイズするPIL画像
		'''

		# 画像のサイズ取得
		width, height = img.size

		# キャンバスと画像のサイズから拡大縮小率計算
		width_ratio = self.canvas_width / width
		height_ratio = self.canvas_height / height
		ratio = min((width_ratio, height_ratio))

		# リサイズ後のサイズ計算
		resize_width = int(ratio * width)
		resize_height = int(ratio * height)

		# リサイズ実行
		resize_img = img.resize((resize_width, resize_height))

		return resize_img

	def drawImage(self, canvas, img):
		'''
		キャンバスに画像を描画する
		canvas：描画先のキャンバス
		img：描画する画像
		'''

		# キャンバスに合わせてリサイズ
		resize_img = self.resize(img)
		draw_img = ImageTk.PhotoImage(resize_img)

		# キャンバス上のオブジェクトを全て削除
		ids = canvas.find_all()
		for id in ids:
			canvas.delete(id)

		# キャンバスに画像描画
		canvas.create_image(
			self.canvas_width  // 2, self.canvas_height // 2,
			image=draw_img,
			anchor=tkinter.CENTER
		)

		return draw_img


	def selectIm1(self):
		'''
		１つ目の画像を読み込みキャンバスに描画する
		'''

		# ファイル選択ダイアログの表示
		file_path = tkinter.filedialog.askopenfilename()

		if len(file_path) != 0:
			# ファイルが選択された場合

			# 画像としてファイルを開いてRGB変換
			im = Image.open(file_path)
			self.im1 = im.convert("RGB")

			# 画像を描画後、描画している画像を受け取る
			self.draw_im1 = self.drawImage(self.canvas_im1, self.im1)

			# 差分画像作成ボタンの有効・無効化
			self.enableButton()

	def selectIm2(self):
		'''
		２つ目の画像を読み込みキャンバスに描画する
		'''

		# ファイル選択ダイアログの表示
		file_path = tkinter.filedialog.askopenfilename()

		if len(file_path) != 0:
			# ファイルが選択された場合

			# 画像としてファイルを開いてRGB変換
			im = Image.open(file_path)
			self.im2 = im.convert("RGB")

			# 画像を描画後、描画している画像を受け取る
			self.draw_im2 = self.drawImage(self.canvas_im2, self.im2)

			# 差分画像作成ボタンの有効・無効化
			self.enableButton()
			
	def enableButton(self):
		'''
		差分画像作成ボタンの有効化/無効化を行う
		'''

		if not self.im1 or not self.im2:
			# 画像がセット済でないならボタン無効

			for button in self.buttons:
				button.config(state=tkinter.DISABLED)
			
			return

		if self.im1.size != self.im2.size:
			# 画像サイズが異なるならボタン無効
			
			for button in self.buttons:
				button.config(state=tkinter.DISABLED)

			return

		# 画像がセット済＆サイズ一緒ならボタン有効
		for button in self.buttons:
			button.config(state=tkinter.NORMAL)

	def simpleDiff(self):
		'''
		単純な差分画像を作成する
		'''

		# 差分配列作成
		diff_i16 = self.createDiffArr()

		# np.uint8型で扱える値に変換
		diff_n_i16 = ((diff_i16 + 256) // 2)

		# NumPy配列をnp.uint8型に変換
		diff_u8 = diff_n_i16.astype(np.uint8)

		# PIL画像に変換
		self.diff = Image.fromarray(diff_u8)

		# キャンバスに描画
		self.draw_diff = self.drawImage(self.canvas_diff, self.diff)

	def emphasizeDiff(self):
		'''
		差分のある輝度値を強調した画像を作成する
		'''

		# 差分配列作成
		diff_i16 = self.createDiffArr()

		# 差分の絶対値が0以外の輝度値を255に変換
		diff_bool = diff_i16 != 0
		diff_bin_u8 = diff_bool.astype(np.uint8)
		diff_u8 = diff_bin_u8 * 255

		# PIL画像に変換
		self.diff = Image.fromarray(diff_u8)

		# キャンバスに描画
		self.draw_diff = self.drawImage(self.canvas_diff, self.diff)

	def emphasizeLargeDiff(self):
		'''
		差分の大きな輝度値を強調した画像を作成する
		'''

		# 差分配列作成
		diff_i16 = self.createDiffArr()

		# 差分の絶対値が30を超える輝度値を255に変換
		diff_bool = np.abs(diff_i16) > 30
		diff_bin_u8 = diff_bool.astype(np.uint8)
		diff_u8 = diff_bin_u8 * 255

		# PIL画像に変換
		self.diff = Image.fromarray(diff_u8)

		# キャンバスに描画
		self.draw_diff = self.drawImage(self.canvas_diff, self.diff)

	def colorDiff(self):
		'''
		差分のある画素に色をつけた画像を作成する
		'''

		# １つ目の画像を配列変換
		im1_u8 = np.array(self.im1)

		# 差分配列作成
		diff_i16 = self.createDiffArr()

		# 差分の絶対値が0以外の輝度値を255に変換
		diff_bool = diff_i16 != 0

		# 輝度値に差がある画素の輝度値を255とするグレースケール画像の配列作成
		mask_bool = diff_bool[:,:,0] | diff_bool[:,:,1] | diff_bool[:,:,2]
		mask_u8 = mask_bool.astype(np.uint8) * 255

		# 全ての画素の色を(0,255,0)とした配列作成
		green_u8 = np.zeros(im1_u8.shape, np.uint8)
		green_u8[:,:,1] = 255

		# PIL画像に変換
		mask_img = Image.fromarray(mask_u8)
		green_img = Image.fromarray(green_u8)

		# １つ目の画像に貼り付け
		self.diff = self.im1.copy()
		self.diff.paste(im=green_img, mask=mask_img)

		# キャンバスに描画
		self.draw_diff = self.drawImage(self.canvas_diff, self.diff)
	
	def blendDiff(self):
		'''
		差分のある画素に色を混ぜた画像を作成する
		'''

		# １つ目の画像を配列変換
		im1_u8 = np.array(self.im1)

		# 差分配列作成
		diff_i16 = self.createDiffArr()

		# 差分の絶対値が0以外の輝度値を255に変換
		diff_bool = diff_i16 != 0

		# 色ごとに分離した配列を参照
		r_bool = diff_bool[:,:,0]
		g_bool = diff_bool[:,:,1]
		b_bool = diff_bool[:,:,2]

		# 輝度値に差がある画素の輝度値を255とするグレースケール画像の配列作成
		mask_bool = r_bool | g_bool | b_bool
		mask_u8 = mask_bool.astype(np.uint8) * 255
		mask_img = Image.fromarray(mask_u8)

		# 全ての画素の色を(0,255,0)とした配列作成
		green_u8 = np.zeros(im1_u8.shape, np.uint8)
		green_u8[:,:,1] = 255

		# 色を混ぜる
		blend_u8 = im1_u8 * 0.75 + green_u8 * 0.25
		blend_img = Image.fromarray(blend_u8.astype(np.uint8))

		# １つ目の画像に貼り付け
		self.diff = self.im1.copy()
		self.diff.paste(im=blend_img, mask=mask_img)

		# キャンバスに描画
		self.draw_diff = self.drawImage(self.canvas_diff, self.diff)
	
	
	def createDiffArr(self):
		'''
		差分配列を作成する
		'''

		# NumPy配列へ変換
		im1_u8 = np.array(self.im1)
		im2_u8 = np.array(self.im2)
		
		# 負の値も扱えるようにnp.int16に変換
		im1_i16 = im1_u8.astype(np.int16)
		im2_i16 = im2_u8.astype(np.int16)

		# 差分配列作成
		diff_i16 = im1_i16 - im2_i16
		
		return diff_i16

# プログラムの開始
app = tkinter.Tk()
diff = Diff(app)
app.mainloop()