Se me ocurrió un buen método para limpiar imágenes como esta, y funciona incluso cuando el fondo o la iluminación son desiguales (es decir, casos mucho peores que el ejemplo en esta pregunta) y conserva el color.
Mis instrucciones se basan en el Gimp, pero sería muy similar en otros programas como Photoshop.
EDITAR: Gimp tiene un filtro llamado "Diferencia de gaussianos" que implementa el proceso descrito a continuación en un solo paso.
En primer lugar, haga un duplicado de la capa:
Desenfoque la capa copiada con un desenfoque gaussiano. Utilice un tamaño de núcleo lo suficientemente grande como para no poder distinguir ningún detalle de la imagen original. Usé 100 px para la imagen en la publicación original.
Se verá así:
Luego configure el "modo" de la capa borrosa en "Dividir".
La imagen resultante debe ser la línea de arte sobre un fondo blanco.
Lo que está haciendo aquí es esencialmente un filtro de paso alto en la imagen, eliminando la información de baja frecuencia (cambios lentos en el color de fondo) y manteniendo la información de alta frecuencia (el arte lineal).