图像的手绘效果

导语

最近在学python数据处理的几个常用库，分别是numpy、matplotlib和pandas。这几个库应该是python数据处理的第三方神器库，学了一招图像手绘风格处理，非常有意思，记录下来。

图像手绘风格

手绘风格示例：

第二幅就是有手绘的感觉，当然是基于第一章图片处理得到的。手绘风格可以总结为以下几点：

• 黑白灰色
• 边界线条较重
• 相邻的像素，如果是相同或者相近色彩趋于白色
• 略有光源效果

具体如何通过程序实现呢？接下来就来逐一介绍下。

梯度的重构

利用像素之间的梯度值和虚拟深度值对图像进行重构，根据灰度变换来模拟人类视觉的明暗程度。代码如下：

import numpy as np
from PIL import Image

a = np.asarray(Image.open('xxx.jpeg').convert('L')).astype('float')

depth = 10.
grad = np.gradient(a)
grad_x, grad_y = grad
grad_x = grad_x*depth/100.
grad_y = grad_y*depth/100.

下面这行代码是通过pillow库读取原先图像，RGB值转为灰度值。

a = np.asarray(Image.open('xxx.jpeg').convert('L')).astype('float')

这几行代码是计算灰度图像的像素间梯度，并且根据虚拟深度重构梯度值，depth初始化为10，depth取值0～100。

depth = 10.
grad = np.gradient(a)
grad_x, grad_y = grad
grad_x = grad_x*depth/100.
grad_y = grad_y*depth/100.

光源效果

根据灰度变化来模拟人类视觉的远近程度。

• 设计一个位于图像斜上方的虚拟光源
• 光源相对于图像的俯视角为Elevation，方位角为Azimuth
• 建立光源对各个点梯度值的影响函数
• 运算各个点的新像素值

代码如下：

vec_el = np.pi/2.2                  # 光源的俯视角度，弧度值
vec_az = np.pi/4.                   # 光源的方位角度，弧度值
dx = np.cos(vec_el)*np.cos(vec_az)  # 光源对x轴的影响
dy = np.cos(vec_el)*np.sin(vec_az)  # 光源对y轴的影响
dz = np.sin(vec_el)                 # 光源对z轴的影响

A = np.sqrt(grad_x**2 + grad_y**2 + 1.)     # 光源归一化
uni_x = grad_x/A
uni_y = grad_y/A
uni_z = 1./A
b = 255*(dx*uni_x+dy*uni_y+dz*uni_z)

最后，对像素值进行裁剪至0～255，防止越界。

b = b.clip(0, 255)
im = Image.fromarray(b.astype('uint8'))
im.save('xxxHD.jpeg')

最后

程序虽然小，效果还是比较有意思的，我给女儿看了，她说你画画不是很丑的吗，为啥画的这么好？哈哈，我和她说，这是计算机处理的，不是我手画的，小小的年纪充满大大的问号。

其实，这里最重要的是对图像灰度值计算梯度，这是Computer Vision里面传统图像处理的关键，CV相关的技术，由于可以可视化，实现之后，还是比较有意思的。