Python3生成手写体数字方法

0.引言

平时上网干啥的基本上都会接触验证码，或者在机器学习学习过程中，大家或许会接触过手写体识别/验证码识别之类问题，会用到手写体的数据集；

自己尝试写了一个生成手写体图片的python程序，在此分享下生成单张 30*30像素的手写体数字1-9图像 的一种实现方法；

我是利用random生成随机数1-9，然后PIL写到图像上，然后经过旋转、扭曲处理，得到“手写体”，这里没有加干扰线和干扰点；

得到的手写体数字图像如图1所示；

实现比较简单，用了PIL库，不需要额外安装opencv啥的，有兴趣可以自己试试。

图1 生成的手写体数字1-9

图2 利用generate_pngs.py写入到文件夹3的数字3图像

如果你想生成手写体的字母/汉字也可以：

图3 利用generate_single_png.py生成汉字的手写体

源码上传到了我的GitHub: https://github.com/coneypo/Generate_handwritten_number

1.设计流程

图4 整体设计流程

图5 生成的图像经过的处理

1.1 新建一个空白图像img_50，尺寸大小为50*50 

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

为什么我这里要先生成50*50的空白图像？

因为图像背景（50*50像素的画布）初始化的时候设置为白色（颜色数组（255, 255, 255)），而背景色之外的其实是黑色；

之后需要进行旋转处理，如果直接新建30*30像素的画布，旋转之后边上会出现黑边，如图6所示；

所以我新建了一个50*50，然后旋转之后从中间裁出来一个30*30的图像出来；

图6 直接用30*30像素的画布写字旋转（会出现黑边）

1.2 利用PIL在图像上写文字

利用PIL的ImageDraw，创建画笔，然后利用draw.text在指定位置写字；

xy=（18，11）是从图像左上角开始的坐标，取值自己根据需求调整；

# 创建画笔
 draw = ImageDraw.Draw(img_50_blank)

# 生成随机数1-9
num = str(random.randint(1, 9))

# 设置字体，这里选取字体大小25
font = ImageFont.truetype('simsun.ttc', 20)

# xy是左上角开始的位置坐标
draw.text(xy=(18, 11), font=font, text=num, fill=(0, 0, 0))

1.3 将图像随机旋转一定角度

利用 rotate(angel) 进行旋转图像，angel取的是度数，这里让它随机旋转-10到+10度：

# 随机旋转-10-10角度
 random_angle = random.randint(-10, 10)
 img_50_rotated = img_50_blank.rotate(random_angle)

1.4 图像扭曲

这里是生成“手写体”数字的核心步骤，一个正常的图像经过扭曲之后就可以得到想要的验证码了：

# 图形扭曲参数
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]

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

2.py源码介绍

2.1 generate_folders_1to9.py

因为我们要将指定的图像分类放入指定文件夹，所以我们需要先在项目目录下面新建9个文件夹：

　（当然你也可以自己新建，新建9个文件夹工作量还不大，但是如果要生成的验证码包含英文字母那就比较多了，大写A-Z共24个+小写a-z共24个+数字1-9共9个=57个子文件夹）

# 2018-01-9
# By TimeStamp
# cnblogs: http://www.cnblogs.com/AdaminXie/
# generate_folders_1to9.py
# 在目录下生成用来存放数字1-9的9个文件夹，分别用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))
    # 生成目录
    os.mkdir(path_folders+chr(i))

图7 自动生成的用来存放指定图像的文件夹

2.2 generate_pngs.py

根据给定随机次数samples, 生成samples个手写体数字1-9，然后存放到本地文件夹1-9生成数据集；

在49行可以修改生成图像的大小，我这里取的是30*30像素；

# 2018-01-9
# By TimeStamp
# cnblogs: http://www.cnblogs.com/AdaminXie/
# generate_pngs.py
# 生成手写体数字


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

random.seed(3)

# 生成单张扭曲的数字图像
def generate_single():

  # 先绘制一个50*50的空图像
  img_50_blank = Image.new('RGB', (50, 50), (255, 255, 255))

  # 创建画笔
  draw = ImageDraw.Draw(img_50_blank)

  # 生成随机数1-9
  num = str(random.randint(1, 9))

  # 设置字体，这里选取字体大小25
  font = ImageFont.truetype('simsun.ttc', 20)

  # xy是左上角开始的位置坐标
  draw.text(xy=(18, 11), font=font, text=num, fill=(0, 0, 0))

  # 随机旋转-10-10角度
  random_angle = random.randint(-10, 10)
  img_50_rotated = img_50_blank.rotate(random_angle)

  # 图形扭曲参数
  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]

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

  # 生成新的30*30空白图像，（在此处可以更改生成的图像大小）
  img_30 = img_50_transformed.crop([10, 10, 40, 40])

  return img_30, num

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


# 生成手写体数字1-9存入指定文件夹1-9

# 用cnt_num[1]-cnt_num[9]来计数数字1-9生成的个数，方便之后进行命名
cnt_num = []
for i in range(10):
  cnt_num.append(0)

# 生成次数
samples = 200

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

  # 调用生成图像文件函数
  img, generate_num = generate_single()

  # 取灰度
  imgray = img.convert('1')

  # 计数生成的数字1-9的个数,用来命名图像文件
  for j in range(1, 10):
    if(generate_num == str(j)):
      cnt_num[j] = cnt_num[j]+1

      # 路径如 "F:/code/***/P_generate_handwritten_number/data_pngs/1/1_231.png"
      # 输出显示路径
      print(path_pic + str(j) + "/" + str(j) + "_" + str(cnt_num[j]) + ".png")
      # 将图像保存在指定文件夹中
      imgray.save(path_pic + str(j) + "/" + str(j) + "_" + str(cnt_num[j]) + ".png")

# 输出显示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], "张")

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 张
: 17 张
: 21 张
: 19 张
: 20 张
: 22 张
: 25 张
: 24 张
: 27 张

修改 generate_pngs.py中的samples， 你就可以生成指定大小的数据集；

2.3 generate_single_png.py

更改27行的char=" "（可以是数字/字母/汉字），生成单张手写体扭曲图像：

# 2018-01-9
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# cnblogs: http://www.cnblogs.com/AdaminXie/
# generate_single_png.py
# 生成手写体数字/字母/汉字


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

random.seed(3)

# 生成单张扭曲的数字图像
def generate_single():

  # 先绘制一个50*50的空图像
  img_50_blank = Image.new('RGB', (50, 50), (255, 255, 255))

  # 创建画笔
  draw = ImageDraw.Draw(img_50_blank)

  # 设置字体，这里选取字体大小25
  font = ImageFont.truetype('simsun.ttc', 20)

  # xy是左上角开始的位置坐标
  # text是你想要显示的内容，数字/字母/汉字
  char ="呵"
  draw.text(xy=(12, 11), font=font, text=char, fill=(0, 0, 0))

  # 随机旋转-10-10角度
  random_angle = random.randint(-10, 10)
  img_50_rotated = img_50_blank.rotate(random_angle)

  # 图形扭曲参数
  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]

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

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

  return img_30, char

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


# 调用生成图像文件函数
img, generated_char = generate_single()
imgray = img.convert('1')

print(path_pic + "test.png")
# 将图像保存在指定文件夹中
imgray.save(path_pic + "test.png")

2.4 del_pngs.py

删除指定目录下子文件夹1-9中的所有图片：

# 2018-01-9
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# cnblogs: http://www.cnblogs.com/AdaminXie/
# del_pngs.py
# 删除路径下生成的图像文件

import os

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

#删除路径下的图片
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.总结

自己动手丰衣足食，有兴趣可以自己做手写体数字数据集，字母和汉字的数据集稍加修改也可以做；

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