如何用PIL正确读取16位PNG？为何与OpenCV读取值存在差异？

现象重现 #

使用PIL读取的代码与输出 #

from PIL import Image
import numpy as np
value = np.asarray(Image.open(open(filename, "rb")))
print(value)

输出：

[[[128 128   0]
  [128 128   0]
  [128 128   0]
  ...
  [128 128   0]
  [128 128   0]
  [128 128   0]]]

使用OpenCV读取的代码与输出 #

import cv2
im = cv2.imread(filename, cv2.IMREAD_UNCHANGED)
print(im)

输出：

[[[    0 32768 32768]
  [    0 32768 32768]
  [    0 32768 32768]
  ...
  [    1 32768 32768]
  [    0 32768 32768]
  [    0 32768 32768]]]

原因分析 #

1. 位深转换差异：PIL的Image.open()默认会将16位图像（像素值范围0-65535）线性压缩到8位（0-255），16位的中间值32768会被映射为8位的128；而OpenCV的cv2.IMREAD_UNCHANGED会保留原始16位位深，不做压缩。
2. 掩码通道丢失：你的掩码通道是16位的0/1值，被PIL压缩到8位时，1对应的8位值约为0（1/65535*255≈0），所以显示全0，丢失了原始掩码信息。
3. 通道顺序差异：PIL默认采用RGB通道顺序，OpenCV则是BGR顺序，这也是两者输出通道数值顺序相反的原因。

解决方法：用PIL正确读取16位PNG #

要让PIL保留原始16位位深读取图像，可按以下步骤操作：

方法1：转换为16位格式读取 #

from PIL import Image
import numpy as np

# 打开图像并转换为16位RGB模式
img_16bit = Image.open(filename).convert("RGB;16")
# 转换为numpy数组，指定数据类型为uint16
value = np.asarray(img_16bit, dtype=np.uint16)

# 如果需要和OpenCV的BGR顺序一致，反转通道
value_bgr = value[..., ::-1]
print(value_bgr)

方法2：直接保留原始模式读取 #

如果图像本身是16位格式，可直接读取后转numpy：

from PIL import Image
import numpy as np

img = Image.open(filename)
# 检查当前图像模式，确认是否为16位格式（如"RGB;16"或"I;16"）
print("图像模式:", img.mode)
# 转换为numpy数组，保留16位数据类型
value = np.array(img, dtype=np.uint16)

这样读取后就能得到和OpenCV一致的16位原始像素值，包括掩码通道的0/1信息。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ssuraj