使用PIL进行90度图像旋转后，字节数减少是否意味着质量下降？

问题背景 #

我使用Python 3.11、Pillow 9.3.0和OpenCV 4.6.0.66进行开发，编写以下代码从摄像头采集图像帧并执行90度旋转操作：

ret = False
frame = None
camera = cv2.VideoCapture(0, cv2.CAP_DSHOW)
if camera.isOpened():
    camera.set(cv2.CAP_PROP_FPS, 30.0)
    camera.set(cv2.CAP_PROP_FOURCC, cv2.VideoWriter.fourcc('m', 'j', 'p', 'g'))
    camera.set(cv2.CAP_PROP_FOURCC, cv2.VideoWriter.fourcc('M', 'J', 'P', 'G'))
    camera.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_WIDTH, 1920)
    camera.set(cv2.CAP_PROP_FRAME_HEIGHT, 1080)
    for _ in range(0, 11, 1):
        ret, frame = camera.read()
    if ret:
        cv2.imwrite("1.jpg", frame)
        frame = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2RGB)
        pil_im = Image.fromarray(frame)
        buffer_ = io.BytesIO()
        pil_im.save(buffer_, format="JPEG", quality=95)
        print(f"Before Rotate: {buffer_.getbuffer().nbytes}")
        pil_im = pil_im.rotate(90, Image.Resampling.NEAREST, expand=True)
        buffer_ = io.BytesIO()
        pil_im.save(buffer_, format="JPEG", quality=95)
        print(f"After Rotate: {buffer_.getbuffer().nbytes}")
        pil_im.save("1_edit.jpg", format="JPEG", quality=95)

程序运行结果为：

Before Rotate: 269183 After Rotate: 268793

请问上述输出中的字节数差异是否表明旋转后的图像质量有所下降？

回答 #

这种小幅的字节数差异并不代表图像质量下降，原因如下：

1. JPEG压缩的本质特性：JPEG是有损压缩算法，输出文件大小不仅由quality参数控制，还高度依赖图像内容的可压缩性。相同质量参数下，不同像素分布的图像压缩后的字节数会存在正常波动——比如纯色区域能被压缩得更小，复杂纹理区域则会占用更多字节。

2. 旋转对图像内容的影响：旋转操作改变了图像像素的排列方向，原本的水平/垂直纹理、边缘分布发生了变化，JPEG压缩算法对这种新的像素模式的压缩效率会略有不同，进而导致字节数出现小幅差异，这和质量下降无关。

3. 插值操作的影响可忽略：你使用的Image.Resampling.NEAREST（最近邻插值）几乎不会引入明显的像素失真，这种插值带来的图像变化非常细微，完全不足以导致可感知的质量下降，字节数的差异和插值操作关系极小。

你的代码中两次保存JPEG都使用了quality=95的一致参数，字节数差值仅约0.14%，属于JPEG压缩的正常波动范围，完全不能说明旋转后的图像质量有所下降。

如果想要确认图像质量，建议直接对比原始图像和旋转后图像的视觉效果，或者使用像素级差异分析工具，而非通过文件大小判断。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者jon_17z