基于 OpenCV 的图像阴影去除，你会吗？

作者 | 努比  责编 | 张文

头图 | 优快云 下载自东方 IC

来源 | 小白学视觉（ID：NoobCV）

我们经常需要通过扫描将纸上的全部内容转换为图像。有很多在线工具可以提高图像的亮度，或者消除图像中的阴影。那我们可以手动删除阴影吗？

答案是当然可以。我们只需要将图像加载到相应的代码中，无需任何应用程序即可在几秒钟内获得输出。这个代码可以通过 Numpy 和 OpenCV 基本函数来实现。

为了说明该过程，使用了以下图像进行操作。

Test_image

图像中有一个非常明显的阴影需要删除。

导入软件包

首先当然是将必要的软件包导入环境。代码如下：

import cv2
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

注意事项

删除阴影时，有两件事要注意。由于图像是灰度图像，如果图像背景较浅且对象较暗，则必须先执行最大滤波，然后再执行最小滤波。如果图像背景较暗且物体较亮，我们可以先执行最小滤波，然后再进行最大滤波。

那么，最大过滤和最小过滤到底是什么？

最大滤波

让我们假设我们有一定大小的图像 I。我们编写的算法应该逐个遍历 I 的像素，并且对于每个像素（x，y），它必须找到该像素周围的邻域（大小为 N x N 的窗口）中的最大灰度值，并进行写入 A 中相应像素位置（x，y）的最大灰度值。所得图像 A 称为输入图像I的最大滤波图像。现在让我们通过代码来实现这个概念。

• max_filtering（）函数接受输入图像和窗口大小 N；

• 它最初在输入数组周围创建一个“墙”（带有-1的填充），当我们遍历边缘像素时会有所帮助；

• 然后，我们创建一个“ temp”变量，将计算出的最大值复制到其中；

• 然后，我们遍历该数组并围绕大小为 N x N 的当前像素创建一个窗口；

• 然后，我们使用“ amax（）”函数在该窗口中计算最大值，并将该值写入 temp 数组；

• 我们将该临时数组复制到主数组 A 中，并将其作为输出返回。

• A 是输入 I 的最大滤波图像。

def max_filtering(N, I_temp):
    wall = np.full((I_temp.shape[0]+(N//2)*2, I_temp.shape[1]+(N//2)*2), -1)
    wall[(N//2):wall.shape[0]-(N//2), (N//2):wall.shape[1]-(N//2)] = I_temp.copy()
    temp = np.full((I_temp.shape[0]+(N//2)*2, I_temp.shape[1]+(N//2)*2), -1)
    for y in range(0,wall.shape[0]):
        for x in range(0,wall.shape[1]):
            if wall[y,x]!=-1:
                window = wall[y-(N//2):y+(N//2)+1,x-(N//2):x+(N//2)+1]
                num = np.amax(window)
                temp[y,x] = num
    A = temp[(N//2):wall.shape[0]-(N//2), (N//2):wall.shape[1]-(N//2)].copy()
    return A

最小滤波

此算法与最大滤波完全相同，但是我们没有找到附近的最大灰度值，而是在该像素周围的 N x N 邻域中找到了最小值，并将该最小灰度值写入 B 中的（x，y）。所得图像 B 称为图像 I 的经过最小滤波的图像，代码如下。

def min_filtering(N, A):
    wall_min = np.full((A.shape[0]+(N//2)*2, A.shape[1]+(N//2)*2), 300)
    wall_min[(N//2):wall_min.shape[0]-(N//2), (N//2):wall_min.shape[1]-(N//2)] = A.copy()
    temp_min = np.full((A.shape[0]+(N//2)*2, A.shape[1]+(N//2)*2), 300)
    for y in range(0,wall_min.shape[0]):
        for x in range(0,wall_min.shape[1]):
            if wall_min[y,x]!=300:
                window_min = wall_min[y-(N//2):y+(N//2)+1,x-(N//2):x+(N//2)+1]
                num_min = np.amin(window_min)
                temp_min[y,x] = num_min
    B = temp_min[(N//2):wall_min.shape[0]-(N//2), (N//2):wall_min.shape[1]-(N//2)].copy()
    return B

如果图像的背景较浅，我们要先执行最大过滤，这将为我们提供增强的背景，并将该最大过滤后的图像传递给最小过滤功能，该功能将负责实际的内容增强。

获得图像

执行最小-最大滤波后，我们获得的值不在 0-255 的范围内。因此，我们必须归一化使用背景减法获得的最终阵列，该方法是将原始图像减去最小-最大滤波图像，以获得去除阴影的最终图像。

#B is the filtered image and I is the original image
def background_subtraction(I, B):
    O = I - B
    norm_img = cv2.normalize(O, None, 0,255, norm_type=cv2.NORM_MINMAX)
    return norm_img

输出图像

变量 N（用于过滤的窗口大小）将根据图像中粒子或内容的大小进行更改。对于测试图像，选择大小 N = 20。增强后的最终输出图像如下所示：

Test_image_output

输出图像相较于原始图像已经没有任何的阴影啦。

代码链接：https://github.com/kavyamusty/Shading-removal-of-images

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