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。

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\(edges\)  

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。

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。

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”。

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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