Python3生成手寫體數字方法

發布時間：2020-08-22 07:17:40 來源：腳本之家閱讀：279 作者：TimeStamp 欄目：開發技術

0.引言

　　平時上網干啥的基本上都會接觸驗證碼，或者在機器學習學習過程中，大家或許會接觸過手寫體識別/驗證碼識別之類問題，會用到手寫體的數據集；

　　自己嘗試寫了一個生成手寫體圖片的python程序，在此分享下生成單張 30*30像素的手寫體數字1-9圖像的一種實現方法；

　　我是利用random生成隨機數1-9，然后PIL寫到圖像上，然后經過旋轉、扭曲處理，得到“手寫體”，這里沒有加干擾線和干擾點；

　　得到的手寫體數字圖像如圖1所示；

　　實現比較簡單，用了PIL庫，不需要額外安裝opencv啥的，有興趣可以自己試試。

Python3生成手寫體數字方法

圖1 生成的手寫體數字1-9

Python3生成手寫體數字方法

　　圖2 利用generate_pngs.py寫入到文件夾3的數字3圖像

　　如果你想生成手寫體的字母/漢字也可以：

Python3生成手寫體數字方法

　　圖3 利用generate_single_png.py生成漢字的手寫體

源碼上傳到了我的GitHub: https://github.com/coneypo/Generate_handwritten_number

1.設計流程

Python3生成手寫體數字方法

圖4 整體設計流程

Python3生成手寫體數字方法

圖5 生成的圖像經過的處理

1.1 新建一個空白圖像img_50，尺寸大小為50*50

img_50_blank = Image.new('RGB', (50, 50), (255, 255, 255))

為什么我這里要先生成50*50的空白圖像？

　　　　因為圖像背景（50*50像素的畫布）初始化的時候設置為白色（顏色數組（255, 255, 255)），而背景色之外的其實是黑色；

　　之后需要進行旋轉處理，如果直接新建30*30像素的畫布，旋轉之后邊上會出現黑邊，如圖6所示；

　　所以我新建了一個50*50，然后旋轉之后從中間裁出來一個30*30的圖像出來；

Python3生成手寫體數字方法

圖6 直接用30*30像素的畫布寫字旋轉（會出現黑邊）

1.2 利用PIL在圖像上寫文字

　　利用PIL的ImageDraw，創建畫筆，然后利用draw.text在指定位置寫字；

　　xy=（18，11）是從圖像左上角開始的坐標，取值自己根據需求調整；

# 創建畫筆
 draw = ImageDraw.Draw(img_50_blank)

# 生成隨機數1-9
num = str(random.randint(1, 9))

# 設置字體，這里選取字體大小25
font = ImageFont.truetype('simsun.ttc', 20)

# xy是左上角開始的位置坐標
draw.text(xy=(18, 11), font=font, text=num, fill=(0, 0, 0))

1.3 將圖像隨機旋轉一定角度

　　利用 rotate(angel) 進行旋轉圖像，angel取的是度數，這里讓它隨機旋轉-10到+10度：

# 隨機旋轉-10-10角度
 random_angle = random.randint(-10, 10)
 img_50_rotated = img_50_blank.rotate(random_angle)

1.4 圖像扭曲

　　這里是生成“手寫體”數字的核心步驟，一個正常的圖像經過扭曲之后就可以得到想要的驗證碼了：

# 圖形扭曲參數
params = [1 - float(random.randint(1, 2)) / 100,
      0,
      0,
      0,
      1 - float(random.randint(1, 10)) / 100,
      float(random.randint(1, 2)) / 500,
      0.001,
      float(random.randint(1, 2)) / 500]

# 創建扭曲
img_50_transformed = img_50_rotated.transform((50, 50), Image.PERSPECTIVE, params)

2.py源碼介紹

2.1 generate_folders_1to9.py

　　因為我們要將指定的圖像分類放入指定文件夾，所以我們需要先在項目目錄下面新建9個文件夾：

　（當然你也可以自己新建，新建9個文件夾工作量還不大，但是如果要生成的驗證碼包含英文字母那就比較多了，大寫A-Z共24個+小寫a-z共24個+數字1-9共9個=57個子文件夾）

# 2018-01-9
# By TimeStamp
# cnblogs: http://www.cnblogs.com/AdaminXie/
# generate_folders_1to9.py
# 在目錄下生成用來存放數字1-9的9個文件夾，分別用1-9命名


import os

path_folders = "F:/***/P_generate_handwritten_number/data_pngs/"

# 1-9
for i in range(49,58):
  if (os.path.isdir(path_folders + chr(i))):
    pass
  else:
    # print(i,": ",path_1+chr(i))
    # 生成目錄
    os.mkdir(path_folders+chr(i))

Python3生成手寫體數字方法

圖7 自動生成的用來存放指定圖像的文件夾

2.2 generate_pngs.py

　　根據給定隨機次數samples, 生成samples個手寫體數字1-9，然后存放到本地文件夾1-9生成數據集；

　　在49行可以修改生成圖像的大小，我這里取的是30*30像素；

# 2018-01-9
# By TimeStamp
# cnblogs: http://www.cnblogs.com/AdaminXie/
# generate_pngs.py
# 生成手寫體數字


import random
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFilter, ImageFont

random.seed(3)

# 生成單張扭曲的數字圖像
def generate_single():

  # 先繪制一個50*50的空圖像
  img_50_blank = Image.new('RGB', (50, 50), (255, 255, 255))

  # 創建畫筆
  draw = ImageDraw.Draw(img_50_blank)

  # 生成隨機數1-9
  num = str(random.randint(1, 9))

  # 設置字體，這里選取字體大小25
  font = ImageFont.truetype('simsun.ttc', 20)

  # xy是左上角開始的位置坐標
  draw.text(xy=(18, 11), font=font, text=num, fill=(0, 0, 0))

  # 隨機旋轉-10-10角度
  random_angle = random.randint(-10, 10)
  img_50_rotated = img_50_blank.rotate(random_angle)

  # 圖形扭曲參數
  params = [1 - float(random.randint(1, 2)) / 100,
       0,
       0,
       0,
       1 - float(random.randint(1, 10)) / 100,
       float(random.randint(1, 2)) / 500,
       0.001,
       float(random.randint(1, 2)) / 500]

  # 創建扭曲
  img_50_transformed = img_50_rotated.transform((50, 50), Image.PERSPECTIVE, params)

  # 生成新的30*30空白圖像，（在此處可以更改生成的圖像大小）
  img_30 = img_50_transformed.crop([10, 10, 40, 40])

  return img_30, num

path_pic = "F:/***/P_generate_handwritten_number/data_pngs/"


# 生成手寫體數字1-9存入指定文件夾1-9

# 用cnt_num[1]-cnt_num[9]來計數數字1-9生成的個數，方便之后進行命名
cnt_num = []
for i in range(10):
  cnt_num.append(0)

# 生成次數
samples = 200

for m in range(1, samples+1):

  # 調用生成圖像文件函數
  img, generate_num = generate_single()

  # 取灰度
  imgray = img.convert('1')

  # 計數生成的數字1-9的個數,用來命名圖像文件
  for j in range(1, 10):
    if(generate_num == str(j)):
      cnt_num[j] = cnt_num[j]+1

      # 路徑如 "F:/code/***/P_generate_handwritten_number/data_pngs/1/1_231.png"
      # 輸出顯示路徑
      print(path_pic + str(j) + "/" + str(j) + "_" + str(cnt_num[j]) + ".png")
      # 將圖像保存在指定文件夾中
      imgray.save(path_pic + str(j) + "/" + str(j) + "_" + str(cnt_num[j]) + ".png")

# 輸出顯示1-9的分布
print("\n", "生成的1-9的分布：")
for k in range(9):
  print(k+1, ":", cnt_num[k+1], "張")

output

D:\***\anaconda\python.exe F:/***/P_generate_handwritten_number/generate_pngs.py
F:/***/P_generate_handwritten_number/data_pngs/4/4_1.png
F:/***/P_generate_handwritten_number/data_pngs/1/1_1.png
F:/***/P_generate_handwritten_number/data_pngs/8/8_1.png
F:/***/P_generate_handwritten_number/data_pngs/3/3_1.png
F:/***/P_generate_handwritten_number/data_pngs/1/1_2.png
...

生成的1-9的分布：
: 25 張
: 17 張
: 21 張
: 19 張
: 20 張
: 22 張
: 25 張
: 24 張
: 27 張

修改 generate_pngs.py中的samples，你就可以生成指定大小的數據集；

2.3 generate_single_png.py

　　更改27行的char=" "（可以是數字/字母/漢字），生成單張手寫體扭曲圖像：

# 2018-01-9
# By TimeStamp
# cnblogs: http://www.cnblogs.com/AdaminXie/
# generate_single_png.py
# 生成手寫體數字/字母/漢字


import random
from PIL import Image, ImageDraw, ImageFilter, ImageFont

random.seed(3)

# 生成單張扭曲的數字圖像
def generate_single():

  # 先繪制一個50*50的空圖像
  img_50_blank = Image.new('RGB', (50, 50), (255, 255, 255))

  # 創建畫筆
  draw = ImageDraw.Draw(img_50_blank)

  # 設置字體，這里選取字體大小25
  font = ImageFont.truetype('simsun.ttc', 20)

  # xy是左上角開始的位置坐標
  # text是你想要顯示的內容，數字/字母/漢字
  char ="呵"
  draw.text(xy=(12, 11), font=font, text=char, fill=(0, 0, 0))

  # 隨機旋轉-10-10角度
  random_angle = random.randint(-10, 10)
  img_50_rotated = img_50_blank.rotate(random_angle)

  # 圖形扭曲參數
  params = [1 - float(random.randint(1, 2)) / 100,
       0,
       0,
       0,
       1 - float(random.randint(1, 10)) / 100,
       float(random.randint(1, 2)) / 500,
       0.001,
       float(random.randint(1, 2)) / 500]

  # 創建扭曲
  img_50_transformed = img_50_rotated.transform((50, 50), Image.PERSPECTIVE, params)

  # 生成新的30*30空白圖像
  img_30 = img_50_transformed.crop([10, 10, 40, 40])

  return img_30, char

path_pic = "F:/code/python/P_generate_handwritten_number/"


# 調用生成圖像文件函數
img, generated_char = generate_single()
imgray = img.convert('1')

print(path_pic + "test.png")
# 將圖像保存在指定文件夾中
imgray.save(path_pic + "test.png")

2.4 del_pngs.py

　　刪除指定目錄下子文件夾1-9中的所有圖片：

# 2018-01-9
# By TimeStamp
# cnblogs: http://www.cnblogs.com/AdaminXie/
# del_pngs.py
# 刪除路徑下生成的圖像文件

import os

path_pic = "F:/***/P_generate_handwritten_number/data_pngs/"

#刪除路徑下的圖片
def del_pic():
  for i in range(1, 10):
   #  print(path_png+chr(i))
    namedir = os.listdir(path_pic+str(i))

    for tmppng in namedir:
      if( tmppng in namedir):
       # print(tmppng)
        os.remove(path_pic+str(i)+"/"+tmppng)

del_pic()

3.總結

　　自己動手豐衣足食，有興趣可以自己做手寫體數字數據集，字母和漢字的數據集稍加修改也可以做；

# GitHub: https://github.com/coneypo/Generate_handwritten_number

向AI問一下細節

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Python3生成手寫體數字方法

0.引言

1.設計流程

2.py源碼介紹

3.總結

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