实践教程|使用Python+OpenCV将照片变成卡通照片

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实践教程|使用Python+OpenCV将照片变成卡通照片
作者丨磐怼怼
来源丨深度学习与计算机视觉
编辑丨极市平台

极市导读

 

本文将向你展示如何利用OpenCV为Python中的图像提供卡通效果。 >>

实践教程|使用Python+OpenCV将照片变成卡通照片

正如你可能知道的,素描或创建一个卡通并不总是需要手动完成。如今,许多应用程序可以把你的照片变成卡通照片。但是如果我告诉你,你可以用几行代码创造属于自己的效果呢?

有一个名为OpenCV的库,它为计算机视觉应用程序提供了一个公共基础设施,并优化了机器学习算法。它可以用来识别物体,检测和产生高分辨率的图像。

本文,将向你展示如何利用OpenCV为Python中的图像提供卡通效果。使用google colab来编写和运行代码。你可以在这里访问Google Colab中的完整代码

  • https://colab.research.google.com/drive/1lV5oJ_hI8PsSV1WDVWWfL18-tMm4vnxe?usp=sharing

要创造卡通效果,我们需要注意两件事:边缘和调色板。这就是照片和卡通的区别所在。为了调整这两个主要部分,我们将经历四个主要步骤:

  1. 加载图像
  2. 创建边缘蒙版
  3. 减少调色板
  4. 结合边缘蒙版和彩色图像

在开始主要步骤之前,不要忘记导入notebook中所需的库,尤其是cv2和NumPy。

import cv2  
import numpy as np  
# required if you use Google Colab  
from google.colab.patches import cv2_imshow  
from google.colab import files

1. 加载图像

第一个主要步骤是加载图像。定义read_file函数,其中包括cv2_imshow以在Google Colab中加载所选图像。

def read_file(filename):  
  img = cv2.imread(filename)  
  cv2_imshow(img)  
  return img

调用创建的函数来加载图像。

uploaded = files.upload()  
filename = next(iter(uploaded))  
img = read_file(filename)

我选择了下面的图片来转化成卡通图片。

实践教程|使用Python+OpenCV将照片变成卡通照片

2. 创建边缘蒙版

通常,卡通效果强调图像中边缘的厚度。我们可以使用 cv2.adaptiveThreshold() 函数检测图像中的边缘。

总之,我们可以将 egde_mask函数定义为:

def edge_mask(img, line_size, blur_value):  
  gray = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2GRAY)  
  gray_blur = cv2.medianBlur(gray, blur_value)  
  edges = cv2.adaptiveThreshold(gray_blur, 255, cv2.ADAPTIVE_THRESH_MEAN_C, cv2.THRESH_BINARY, line_size, blur_value)  
  return edges 

在该函数中,我们将图像转换为灰度图像。然后,利用cv2.medianBlur对模糊灰度图像进行去噪处理。

模糊值越大,图像中出现的黑色噪声就越少。然后,应用自适应阈值函数,定义边缘的线条尺寸。较大的线条尺寸意味着图像中强调的较厚边缘。

定义函数后,调用它并查看结果。

line_size = 7  
blur_value = 7  
edges = edge_mask(img, line_size, blur_value)  
cv2_imshow(edges)  
实践教程|使用Python+OpenCV将照片变成卡通照片

3. 减少调色板

照片和图画之间的主要区别——就颜色而言——是每一张照片中不同颜色的数量。

图画的颜色比照片的颜色少。因此,我们使用颜色量化来减少照片中的颜色数目。

色彩量化

为了进行颜色量化,我们采用OpenCV库提供的K-Means聚类算法。

为了在接下来的步骤中更容易实现,我们可以如下定义color_quantization 函数。

def color_quantization(img, k):  
# Transform the image  
  data = np.float32(img).reshape((-1, 3))  
  
# Determine criteria  
  criteria = (cv2.TERM_CRITERIA_EPS + cv2.TERM_CRITERIA_MAX_ITER, 20, 0.001)  
  
# Implementing K-Means  
  ret, label, center = cv2.kmeans(data, k, None, criteria, 10, cv2.KMEANS_RANDOM_CENTERS)  
  center = np.uint8(center)  
  result = center[label.flatten()]  
  result = result.reshape(img.shape)  
  return result

我们可以调整k值来确定要应用于图像的颜色数。

total_color = 9  
img = color_quantization(img, total_color) 

在本例中,我使用9作为图像的k值。结果如下所示。

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双边滤波器

在进行颜色量化之后,我们可以使用双边滤波器来降低图像中的噪声。它会给图像带来一点模糊和锐度降低的效果。

blurred = cv2.bilateralFilter(img, d=7,   
sigmaColor=200,sigmaSpace=200) 

有三个参数可根据你的首选项进行调整:

  • d:每个像素邻域的直径
  • sigmaColor:参数值越大,表示半等色区域越大。
  • sigmaSpace:参数的值越大,意味着更远的像素将相互影响,只要它们的颜色足够接近。
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4. 结合边缘蒙版和彩色图像

最后一步是将我们之前创建的边缘蒙版与彩色处理图像相结合。为此,请使用cv2.bitwise_and函数。

cartoon = cv2.bitwise_and(blurred, blurred, mask=edges)

我们可以在下面看到原始照片的“卡通版”。

实践教程|使用Python+OpenCV将照片变成卡通照片

现在你可以开始来创建你自己的卡通效果。除了在我们上面使用的参数中调整值之外,你还可以从OpenCV添加另一个函数来为你的照片提供特殊效果。代码库里还有很多东西我们可以探索。很高兴尝试!

参考文献:

  1. https://www.programcreek.com/python/example/89394/cv2.kmeans
  2. http://datahacker.rs/002-opencv-projects-how-to-cartoonize-an-image-with-opencv-in-python/

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