本文介绍了将人像转化为“蜡笔小宸”（蜡笔小新风格）的方法。步骤包括：登录“蜡笔大陆”安装所需库；用PaddleHub进行人脸68个关键点检测，为后续操作打基础；提取眉毛关键点，通过连线并控制宽度刻画粗眉；运用图像局部平移算法，依据人脸关键点进行“胖脸”操作，使脸部更圆润。还可通过run.py一键执行，调整参数获得对应效果。
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一键寻找蜡笔小新的远方表弟
蜡笔小新应该是好多小伙伴的童年回忆之一，不会有人不喜欢蜡笔小新那招牌的粗眉毛以及圆嘟嘟的小脸蛋吧！不会吧不会吧！下面嘞，我们以宸哥作为工具人，还原蜡笔小新的远房表弟————蜡笔小宸！
让我们先看一下蜡笔小宸，一睹为快！
跟着我的步伐，寻找蜡笔小新的远房表弟之路，正式开启！(二三四步骤为过程演示~一键寻找请在登陆蜡笔大陆之后跳至第五部分)
一、登陆蜡笔大陆
In [ ]
!pip install --upgrade pip !pip install opencv-python==4.5.4.60!pip install paddlehub==2.1.1
二、使用PaddleHub进行人脸关键点检测
人脸关键点检测是人脸识别和分析领域中的关键一步，它是诸如自动人脸识别、表情分析、三维人脸重建及三维动画等其它人脸相关问题的前提和突破口。该 PaddleHub Module 的模型转换自 https://github.com/lsy17096535/face-landmark ，支持同一张图中的多个人脸检测。此步的目的是获取人脸68个关键点的坐标，如下图所示。有了人脸68个关键点的坐标，再接下来进行蜡笔眉的刻画，以及嘟嘟脸的生成就会轻松许多。
In [3]
import cv2import paddlehub as hubimport matplotlib.pyplot as plt
import matplotlib.image as mpimgimport numpy as npimport mathfrom PIL import Image
src_img = cv2.imread('example.jpg')# 加载模型并进行预测module = hub.Module(name="face_landmark_localization")
result = module.keypoint_detection(images=[src_img])
tmp_img = src_img.copy()for index, point in enumerate(result[0]['data'][0]): # cv2.putText(img, str(index), (int(point[0]), int(point[1])), cv2.FONT_HERSHEY_COMPLEX, 3, (0,0,255), -1)
cv2.circle(tmp_img, (int(point[0]), int(point[1])), 2, (0, 0, 255), -1)
res_img_path = 'face_landmark.jpg'cv2.imwrite(res_img_path, tmp_img)
img = mpimg.imread(res_img_path)
# 展示预测68个关键点结果(若未显示关键点可视化结果请再次运行此cell)plt.figure(figsize=(10,10))
plt.imshow(img)
plt.axis('off')
plt.show()[2021-11-30 14:27:46,626] [ WARNING] - The _initialize method in HubModule will soon be deprecated, you can use the __init__() to handle the initialization of the object [2021-11-30 14:27:46,743] [ WARNING] - The _initialize method in HubModule will soon be deprecated, you can use the __init__() to handle the initialization of the object--- Fused 0 subgraphs into layer_norm op.--- Fused 0 subgraphs into layer_norm op.
三、刻画蜡笔眉
在上一步中我们得到了人脸68个关键点坐标，其中18-22，23-27为眉毛的坐标值。想得到蜡笔小新这照片的粗粗眉，简单来讲只需将眉毛的坐标点连成线，控制适当的宽度即可。
这里可以使用opencv的line()函数轻松实现。
In [4]
def thick_eyebrows(image, face_landmark, width):
for i in range(18-1, 22-1):
cv2.line(image, face_landmark[i], face_landmark[i+1], (0, 0, 0), width) for i in range(23-1, 27-1):
cv2.line(image, face_landmark[i], face_landmark[i+1], (0, 0, 0), width) return image# 提取出人脸关键点坐标face_landmark = np.array(result[0]['data'][0], dtype='int')# 生成蜡笔小新版眉毛width = 8src_img = thick_eyebrows(src_img, face_landmark, width)
cv2.imwrite('thick_eyebrows.jpg', src_img)
img = mpimg.imread('thick_eyebrows.jpg')
# 展示蜡笔眉plt.figure(figsize=(10,10))
plt.imshow(img)
plt.axis('off')
plt.show()四、打肿脸充小新
在这里，使用了图像局部平移算法。思路是：由变形前坐标，根据变形映射关系，得到变形后坐标。这其中变形映射关系是最关键的，不同的映射关系，将得到不同的变形效果。平移、缩放、旋转，对应的是不同的映射关系，即不同的变换公式。当然实际在计算过程中，用的是逆变换，即由变形后坐标，根据逆变换公式反算变形前坐标，然后插值得到该坐标rgb像素值，将该rgb值作为变形后坐标对应的像素值。这样才能保证变形后的图像是连续、完整的。
In [5]
# 进行胖脸操作def fat_face(image, face_landmark):
end_point = face_landmark[30] # 胖左脸，3号点到5号点的距离作为一次胖脸距离
dist_left = np.linalg.norm(face_landmark[3] - face_landmark[5])
image = local_traslation_warp(image, face_landmark[3], end_point, dist_left) # 胖右脸，13号点到15号点的距离作为一次胖脸距离
dist_right = np.linalg.norm(face_landmark[13] - face_landmark[15])
image = local_traslation_warp(image, face_landmark[13], end_point, dist_right) return imageIn [6]
# 局部平移算法def local_traslation_warp(image, start_point, end_point, radius): radius_square = math.pow(radius, 2) image_cp = image.copy() dist_se = math.pow(np.linalg.norm(end_point - start_point), 2) height, width, channel = image.shape for i in range(width): for j in range(height): # 计算该点是否在形变圆的范围之内 # 优化，第一步，直接判断是会在（start_point[0], start_point[1])的矩阵框中 if math.fabs(i - start_point[0]) > radius and math.fabs(j - start_point[1]) > radius: continue distance = (i - start_point[0]) * (i - start_point[0]) + (j - start_point[1]) * (j - start_point[1]) if distance < radius_square: # 计算出（i,j）坐标的原坐标 # 计算公式中右边平方号里的部分 ratio = (radius_square - distance) / (radius_square - distance + dist_se) ratio = ratio * ratio # 映射原位置 new_x = i + ratio * (end_point[0] - start_point[0]) new_y = j + ratio * (end_point[1] - start_point[1]) new_x = new_x if new_x >= 0 else 0 new_x = new_x if new_x < height - 1 else height - 2 new_y = new_y if new_y >= 0 else 0 new_y = new_y if new_y < width - 1 else width - 2 # 根据双线性插值法得到new_x, new_y的值 image_cp[j, i] = bilinear_insert(image, new_x, new_y) return image_cp# 双线性插值法def bilinear_insert(image, new_x, new_y): w, h, c = image.shape if c == 3: x1 = int(new_x) x2 = x1 + 1 y1 = int(new_y) y2 = y1 + 1 part1 = image[y1, x1].astype(np.float) * (float(x2) - new_x) * (float(y2) - new_y) part2 = image[y1, x2].astype(np.float) * (new_x - float(x1)) * (float(y2) - new_y) part3 = image[y2, x1].astype(np.float) * (float(x2) - new_x) * (new_y - float(y1)) part4 = image[y2, x2].astype(np.float) * (new_x - float(x1)) * (new_y - float(y1)) insertvalue = part1 + part2 + part3 + part4 return insertvalue.astype(np.int8)
In [7]
# 进行胖脸操作fat_nums = 3for i in range(1, fat_nums):
src_img = fat_face(src_img, face_landmark)
cv2.imwrite('res.jpg', src_img)
img = mpimg.imread('res.jpg')
# 展示蜡笔眉+嘟嘟嘴plt.figure(figsize=(10,10))
plt.imshow(img)
plt.axis('off')
plt.show()五、一键执行~(上述为过程展示部分，可在此处一键寻找远方表弟哦)
run.py中引出了四个参数，分别是：
img_path 输入图片路径 width 眉毛宽度 res_img_path 输出图片路径 fat_nums 嘟嘟脸系数
依照参数描述进行相应的修改即可，顺利运行下方命令并打印出done之后，可在左侧(/home/aistudio)目录下找到输出图片(默认:res.jpg)
In [ ]
!python run.py --img_path example.jpg --width 8 --res_img_path res.jpg --fat_nums 3
来瞧瞧效果吧！（受害者不定期更新~）
(妈妈，妈妈，我跟PPDE大佬们同框了哈哈哈哈)
