【深度好文】使用opencv创建简单黑白粉笔画

为了将相机拍摄到的彩色图像转化为简单黑白粉笔画，我们需要用到图像处理中的融合技术，包括色彩减淡和色彩加深。一般来说，可以使用以下步骤将一张RGB彩色图转化为一张粉笔画。

1. 将彩色图灰度化

2. 对灰度图进行反色操作，即I‘=255-I

3. 对2中的图像执行高斯模糊

4. 将1中的灰度图和3中的模糊反色图进行融合

其中，上述步骤中的1-3均可使用常见的opencv函数直接实现，步骤4中需要使用一些技巧，接下来我们就来逐步实现粉笔画效果。

• step1:    导入常见的python库

import cv2
import numpy as np

• step2:  彩色图像灰度化

img_rgb = cv2.imread("sample.jpg")
img_gray = cv2.cvtColor(img_rgb,cv2.COLOR_BGR2GRAY)

• step3:  灰度图反色

  反色操作即对灰度图的每个像素点执行取反操作，由于灰度图的像素值介于【0-255】之间，所以灰度图的反色操作为 I'=255-I。

img_gray_inv = 255 - img_gray

反色操作后，图像暗的地方变亮，亮的地方变暗。

• step4:  高斯模糊

高斯模糊一般用于图像平滑操作中的去噪，在opencv中我们使用函数cv2.GaussianBlur来实现高斯模糊操作，参数ksize表示高斯核的大小。sigmaX和sigmaY分别表示高斯核在 X 和 Y 方向上的标准差。这里我们使用高斯核大小为21。

    上述两步的效果如下，左侧为灰度图反色后的效果，右侧为高斯模糊后的效果：

• step5:  灰度图与高斯模糊图进行融合

这一步骤自然就是需要得到最终的素描图结果了。在传统照相技术中，当需要对图片某个区域变得更亮或者变暗，可以通过控制它的曝光时间，这里就用到亮化(Dodging)和暗化(burning)的技术。

对于颜色亮化技术，给定一张图片 A 和 蒙版 B，那么实现做法如下所示：

(B[idx] == 255)?B[idx]:min(255, ((A[idx] << 8) / (255-B[idx])))

注意到上述式子中 <<8 操作效果等同于像素值乘以 2^8=256  ，同时对每一个像素都执行除法操作可以在opencv中被替换成 cv2.divide 。故颜色亮化的实现代码为

out_img = cv2.divide(img_gray,255-img_blur,scale=256)

• 最后的效果图如下：

将整个处理过程简化为函数，完整代码如下：

def render(img_rgb):
    img_gray = cv2.cvtColor(img_rgb, cv2.COLOR_BGR2GRAY)
    img_blur = cv2.GaussianBlur(img_gray, (21,21), 0, 0)
    img_blend = cv2.divide(img_gray, img_blur, scale=256)
    return img_blend

附其他效果图如下：