教你从零写一个验证码-Python图像处理实用练习

验证码是web开发中不可缺少的元素，而Python又提供了非常多的验证码模块帮助大家快速生成各种验证码。

那你知道验证码生成的原理吗？所谓知其然，还要知其所以然。面试中，面试官不会因为你对框架很熟悉就夸赞你。

那今天小胖就带大家一层一层拨开验证码的衣服，看看其中的小奥秘 -<-

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演示环境

- 操作系统：windows10

- python版本：python 3.7

- 代码编辑器：pycharm 2018.2

- 使用第三方模块：pillow

验证码的必须元素

1. 一张图片

2. 文本

3. 干扰元素

- 线条干扰

- 小圆点干扰

熟悉pillow库

我们既然需要使用pillow库制作验证码，那么首先我们先来熟悉一下我们需要用到的方法。

1. Image.new(): 这个方法可以生成一张图片，有三个参数。

- mode:颜色空间模式，可以是`'RGBA','RGB','L'`等等模式

- size:图片尺寸，接收一个两个整数的元祖

- color:图片的填充颜色，可以是`red，green`等，也可以是rgb的三个整数的元祖。也就是背景颜色

from PIL import Image
captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), (255,255,255))

上面代码创建了一个亿RGB为颜色空间模式，尺寸为1080*900，背景颜色为白色的图片。

2. Image.save(): 保存图片到本地

- fp: 本地文件名

- format: 可选参数，制定文件后缀名。

from PIL import Image
captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), (255,255,255))
# captcha.save('captcha.png')
captcha.save('captcha', format='png')

上面两种方式保存效果是一样的。

3. Image.show():显示图片，会调用电脑自带的显示图片的软件。

4. ImageFont.truetype(): 加载一个字体文件。生成一个字体对象。

from PIL import ImageFont
# 字体文件路径 字体大小
font = ImageFont.truetype('simkai.ttf', 16)

5. ImageDraw.Draw(): 生成画笔对象。

from PIL import Image, ImageDraw
captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), 'red')
draw = ImageDraw.Draw(captcha)

上面就创建了一个在captcha这张图片上的画笔，我们在这个图片上画任何东西都会使用这个画笔对象。

6. ImageDraw.Draw().text():在图片上绘制给定的字符

from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont
captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), 'red')
font = ImageFont.truetype('simkai.ttf', 16)
draw = ImageDraw.Draw(captcha)
# 字符绘制位置, 绘制的字符, 制定字体, 字符颜色
draw.text((0,0), 'hello world', font=font, fill='black')

7. ImageDraw.Draw().line():在图片上绘制线条

from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont
captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), 'red')
draw = ImageDraw.Draw(captcha)
# 线条起点, 线条终点
draw.line([(0,0),(1080,900)], fill='black')

8. ImageDraw.Draw().point(): 在图片上绘制点

from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont
captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), 'red')
font = ImageFont.truetype('simkai.ttf', 16)
draw = ImageDraw.Draw(captcha)
# 点的位置, 颜色
draw.point((500,500), fill='black')

制作我们的验证码我们就会使用到上面的方法。当然，pillow肯定不止这些方法，这里我们就只列举这些了。

制作验证码

1. 首先我们定义一个类，初始化一些需要的参数。

import string
class Captcha():
 '''
 captcha_size: 验证码图片尺寸
 font_size: 字体大小
 text_number: 验证码中字符个数
 line_number: 线条个数
 background_color: 验证码的背景颜色
 sources: 取样字符集。验证码中的字符就是随机从这个里面选取的
 save_format: 验证码保存格式
 '''
 def __init__(self, captcha_size=(150,100), font_size=30,text_number=4, line_number=4, background_color=(255, 255, 255), sources=None, save_format='png'):
 self.text_number = text_number
 self.line_number = line_number
 self.captcha_size = captcha_size
 self.background_color = background_color
 self.font_size = font_size
 self.format = save_format
 if sources:
 self.sources = sources
 else:
 self.sources = string.ascii_letters + string.digits

这里说一下string模块。

- string.ascii_letters: 得到a-zA-Z所有字符

- string.digits: 得到0-9所有数字

2. 随机从sources获取字符

import random
def get_text(self):
 text = random.sample(self.sources,k=self.text_number)
 return ''.join(text)

random.sample()方法：从第一个参数中随机获取字符。获取个数有第二个参数指定。

3. 随机获取绘制字符的颜色

def get_font_color(self):
 font_color = (random.randint(0, 150), random.randint(0, 150), random.randint(0, 150))
 return font_color

4. 随机获取干扰线条的颜色

def get_line_color(self):
 line_color = (random.randint(0, 250), random.randint(0, 255), random.randint(0, 250))
 return line_color

5. 编写绘制文字的方法

def draw_text(self,draw, text, font, captcha_width, captcha_height, spacing=20):
 '''
 在图片上绘制传入的字符
 :param draw: 画笔对象
 :param text: 绘制的所有字符
 :param font: 字体对象
 :param captcha_width: 验证码的宽度 
 :param captcha_height: 验证码的高度
 :param spacing: 每个字符的间隙
 :return: 
 '''
 # 得到这一窜字符的高度和宽度
 text_width, text_height = font.getsize(text)
 # 得到每个字体的大概宽度
 every_value_width = int(text_width / 4)
 # 这一窜字符的总长度
 text_length = len(text)
 # 每两个字符之间拥有间隙，获取总的间隙
 total_spacing = (text_length-1) * spacing
 if total_spacing + text_width >= captcha_width:
 raise ValueError("字体加中间空隙超过图片宽度!")
 # 获取第一个字符绘制位置
 start_width = int( (captcha_width - text_width - total_spacing) / 2 )
 start_height = int( (captcha_height - text_height) / 2 )
 # 依次绘制每个字符
 for value in text:
 position = start_width, start_height
 print(position)
 # 绘制text
 draw.text(position, value, font=font, fill=self.get_font_color())
 # 改变下一个字符的开始绘制位置
 start_width = start_width + every_value_width + spacing

6. 绘制线条的方法

def draw_line(self, draw, captcha_width, captcha_height):
 '''
 绘制线条
 :param draw: 画笔对象 
 :param captcha_width: 验证码的宽度 
 :param captcha_height: 验证码的高度
 :return: 
 '''
 # 随机获取开始位置的坐标
 begin = (random.randint(0,captcha_width/2), random.randint(0, captcha_height))
 # 随机获取结束位置的坐标
 end = (random.randint(captcha_width/2,captcha_width), random.randint(0, captcha_height))
 draw.line([begin, end], fill=self.get_line_color())

7. 绘制小圆点

def draw_point(self, draw, point_chance, width, height):
 '''
 绘制小圆点
 :param draw: 画笔对象
 :param point_chance: 绘制小圆点的几率 概率为 point_chance/100
 :param width: 验证码宽度
 :param height: 验证码高度
 :return:
 '''
 # 按照概率随机绘制小圆点
 for w in range(width):
 for h in range(height):
 tmp = random.randint(0, 100)
 if tmp < point_chance:
 draw.point((w, h), fill=self.get_line_color())

8. 制作验证码

def make_captcha(self):
 # 获取验证码的宽度， 高度
 width, height = self.captcha_size
 # 生成一张图片
 captcha = Image.new('RGB',self.captcha_size,self.background_color)
 # 获取字体对象
 font = ImageFont.truetype('simkai.ttf',self.font_size)
 # 获取画笔对象
 draw = ImageDraw.Draw(captcha)
 # 得到绘制的字符
 text = self.get_text(
 # 绘制字符
 self.draw_text(draw, text, font, width, height)
 # 绘制线条
 for i in range(self.line_number):
 self.draw_line(draw, width, height)
 # 绘制小圆点 10是概率 10/100， 10%的概率
 self.draw_point(draw,10,width,height)
 # 保存图片
 captcha.save('captcha',format=self.format)
 # 显示图片
 captcha.show()

这样，我们就生成了我们的图片验证码了，效果图: