Cores em imagens

Parte da seção Aprendizado não supervisionado do Journey de Machine Learning da Coddy. Lição 41 de 51.

Uma impressora serigráfica tem algumas tintas, não milhões de cores. O k-means escolhe as melhores para qualquer imagem:

Duas imagens de um pôr do sol lado a lado. À esquerda, a original: um céu que vai do roxo ao laranja, um sol amarelo, um mar escuro com um reflexo laranja. À direita, o mesmo pôr do sol em 4 cores chapadas

Uma imagem colorida tem o formato (linhas, colunas, 3): vermelho, verde e azul por pixel, cada um de 0 a 1. Uma remodelagem transforma os pixels em dados:

Uma imagem de 2 por 3 com pixels laranja, amarelos e azul-escuros, com uma seta apontando para uma tabela de 6 linhas, uma por pixel, cada uma contendo seus valores de vermelho, verde e azul

pixels = image.reshape(-1, 3)
km = KMeans(n_clusters=4, n_init=10, random_state=0).fit(pixels)
poster = km.cluster_centers_[km.labels_].reshape(image.shape)
ax.imshow(poster)

Cada centro é uma cor. Indexar os centros com os rótulos dá a cada pixel a cor do seu centro; o reshape reúne as linhas novamente em uma imagem.

Desafio

Médio

Um estúdio de pôsteres imprime em serigrafia um lago de montanha usando k tintas. O código inicial pinta a image de 40 por 60 pixels, lê k e configura um gráfico com título.

Transforme a imagem em uma linha por pixel e encontre k cores com k-means.
Repinte cada pixel com a cor do centro correspondente e reorganize as linhas para formar uma imagem.
Desenhe-a em ax e mostre-a.

Como neste pôr do sol com 5 tintas:

O pôr do sol repintado com 5 cores chapadas e o título 5 tintas: uma faixa de céu ameixa e rosa, uma faixa laranja, um sol amarelo, um mar azul-marinho com listras laranja

Seu programa não imprime nada: o Coddy descreve sua imagem e suas tintas. Depois, experimente outros valores de k: em que momento o barco vermelho ganha uma tinta própria?

Experimente você mesmo

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from sklearn.cluster import KMeans


# Desenha um lago de montanha de 40 por 60: o céu, um pico nevado, uma floresta, a água e um barco vermelho
def paint_lake():
    image = np.zeros((40, 60, 3))
    for r in range(40):
        for c in range(60):
            if 30 <= r <= 31 and 10 <= c <= 17 - (r - 30) * 2:
                image[r, c] = [0.8, 0.15, 0.1]
            elif r >= 27:
                t = (r - 27) / 12
                image[r, c] = [0.1, 0.45 - 0.2 * t, 0.65 - 0.2 * t]
            elif r >= 21:
                image[r, c] = [0.1, 0.35 + 0.05 * (c % 3), 0.15]
            elif r >= abs(c - 34) + 4 and r < 10:
                image[r, c] = [0.95, 0.95, 0.97]
            elif r >= abs(c - 34) + 4:
                image[r, c] = [0.45, 0.42, 0.45]
            else:
                image[r, c] = [0.55 + r / 50, 0.75 + r / 120, 0.95]
    return np.round(image, 3)


# Não altere as linhas abaixo
image = paint_lake()
k = int(input())
fig, ax = plt.subplots()
ax.set_title(f"{k} inks")
ax.axis("off")

# Escreva seu código abaixo