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OpenCV 笔记（三）：验证码生成

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说实话，我在刚接触 OpenCV 的第一天，就想着做一个验证码识别程序。这一篇呢，先讲验证码生成（因为验证码识别还不会做），毕竟生成比识别简单多了嘛！而且昨天刚刚学习了一些 Mat 的知识，生成了许多图像，那么今天就来尝试一下如何生成验证码吧！

思路

我想的生成验证码的思路非常简单，就是一张小图片，然后放一些随机的数字或字母上去，然后再加上一点噪点之类的干扰。那么关键步骤就是如何把文本放上去了。
一般遇到这种问题，我们就会去查阅文档。不过根据我多年的经验，因为我用的是 VS，我就直接先在 IDE 里敲了一下 text，果然…在弹出的提示中我就发现了一个 putText。然后我就敲下括号，就看到了这个函数声明大概长这样：

嗯..看到 renders the specified text string in the image 然后我就确定了没错！这就是我想要的函数！
接着就可以在 官方文档 找到这个函数：

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void cv::putText (InputOutputArray img,
                  const String &   text,
                  Point            org,
                  int              fontFace,
                  double           fontScale,
                  Scalar           color,
                  int              thickness = 1,
                  int              lineType = LINE_8,
                  bool             bottomLeftOrigin = false 
	)

参数确实有点多啊，不过看完它给的参数说明，就都可以理解了：

  • img Image.
  • text Text string to be drawn.
  • org Bottom-left corner of the text string in the image.
  • fontFace Font type, see cv::HersheyFonts.
  • fontScale Font scale factor that is multiplied by the font-specific base size.
  • color Text color.
  • thickness Thickness of the lines used to draw a text.
  • lineType Line type. See the line for details.
  • bottomLeftOrigin When true, the image data origin is at the bottom-left corner. Otherwise, it is at the top-left corner.

然后我又在中文网上看到了 这个，恰好，想要的东西都齐了。RNG 是 OpenCV 的随机数字生成器，刚好就可以用来完成我们的工作。可以在 这里 查看它的文档。我们主要用到的就是它的 uniform 函数，这个函数可以生成指定范围内分布均匀的随机数。

开始绘图

首先，我们先绘制出一张背景图，我也不确定要多大，先随便给个数。然后构造我们的随机数生成器，我发现如果构造时那个值不变，运行的时候它每次随机的还是一样的，所以就取了当前时间来构造 RNG。然后随机初始化一张背景，我把数字调大一点，是为了让背景色更亮。

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#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <ctime>
using namespace cv;
const int width = 150;
const int height = 100;
int main()
{
  // 取当前时间来构造 RNG
  std::time_t t;
  t = time(NULL);
  RNG rng(static_cast<int64_t>(t));
  Scalar bg(rng.uniform(200,255), rng.uniform(233, 255), rng.uniform(233, 255));
  Mat vcode(height, width, CV_8UC3, bg);
  imshow("vcode", vcode);
  waitKey();
}

这时候我们就得到一个背景图，当然每次运行都是不一样的：

生成验证码

接着，对照着 putText 的参数，我们写一个函数 generateCode 用于生成验证码。putText 函数里需要用到文本字符串及文本颜色，这两个值也应该是随机的，于是我们先写两个辅助函数 randomText 和 randomColor：

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String randomText(RNG& rng)
{
  static char* text[] = {
    "0","1","2","3","4","5","6","7","8","9",
    "a","b","c","d","e","f","g","h","i","j","k","l","m","n",
    "o","p","q","r","s","t","u","v","w","x","y","z",
    "A","B","C","D","E","F","G","H","I","J","K","L","M","N",
    "O","P","Q","R","S","T","U","V","W","X","y","Z"
  };
  return text[rng.uniform(0, 62)];
}

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Scalar randomColor(RNG& rng)
{
  int icolor = rng.uniform(1 << 16, 1 << 20);
  return Scalar(icolor & 255, (icolor >> 8) & 255, (icolor >> 16) & 255);
}

我们就先假定生成的验证码中包含了四个数字或字母，用一个循环依次生成：

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void generateCode(Mat& image, RNG& rng)
{
  for (int i = 0; i < 4; i++)
  {
    // 生成的数字字母不断往右移
    Point org;
    org.x = 20 * i + 5 + rng.uniform(-3,3);
    org.y = 30 + rng.uniform(-5, 5);
    putText(image, randomText(rng), org, FONT_ITALIC,
            rng.uniform(0.5,0.7), randomColor(rng), rng.uniform(2,3), LINE_8);
  }
}

如果还不明白 putText 中参数的意义，就仔细去阅读文档。而关于 putText 里的参数是怎么来的，其实都是调出来的，一点一点试，调到满意为止 =v= 我们暂时先这样，然后在主函数里加上这个函数：

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int main()
{
  // 取当前时间来构造 RNG
  std::time_t t;
  t = time(NULL);
  RNG rng(static_cast<int64_t>(t));
  // 生成背景图
  Scalar bg(rng.uniform(200,255), rng.uniform(233, 255), rng.uniform(233, 255));
  Mat vcode(height, width, CV_8UC3, bg);
  // 生成验证码
  generateCode(vcode, rng);
  imshow("vcode", vcode);
  waitKey();
}

运行的效果大概是这样：

看起来挺简单吧！

加入干扰

我们看到的验证码，可不仅仅是像我们刚刚生成的那样，往往还会一些“噪点”，比如加入一些乱七八糟的点或线。我们同样也要做这个工作。我们还可以在 这里 找到很多绘制的函数，这可以帮助我们完成这项工作。
说是“噪点”，但实际上一个像素点实在是太小了，所以我使用的是一个很小的圆来代替，对应的函数是 circle，可以看 这里 的说明。

于是我们写一个 interfere 函数：

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void interfere(Mat& image, RNG& rng)
{
  // 加入圆形干扰
  Point center;
  for (int i = 0; i < rng.uniform(30, 50); ++i)
  {
    center.x = rng.uniform(0, width);
    center.y = rng.uniform(0, height);
    circle(image, center, rng.uniform(0,2), randomColor(rng), rng.uniform(1,3));
  }
}

把这个函数放在 main 函数的生成验证码后面，然后运行一下，效果大概如下：

这样子看起来不够，我们还可以加入一些随机线条，我使用的是 ellipse 这个函数，它是用于生成椭圆的，我们可以用来生成一些曲线，可以在 这里 查看文档说明。
然后我们在 interfere 里加入这个部分：

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void interfere(Mat& image, RNG& rng)
{
  // 加入圆形干扰
  // ...
  // 加入线条干扰
  Size axes;
  for (int i = 0; i < rng.uniform(8, 12); ++i)
  {
    center.x = rng.uniform(0, width);
    center.y = rng.uniform(0, height);
    axes.width = rng.uniform(20, 50);
    axes.width = rng.uniform(20, 50);
    double angle = rng.uniform(0, 180);
    ellipse(image, center, axes, angle,
            angle - rng.uniform(0, 10), angle + rng.uniform(0, 10),
            randomColor(rng), rng.uniform(0, 4));
  }
}

再次运行一下，结果大概像这样：

最终效果

到这里我们基本就“完成了”我们丑陋了验证码生成，其实这是非常简陋的。我们还可以自己做更多的尝试，试试其他函数，以及调参。最终，经过再一次的修改，完整代码如下：

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#include <opencv2/opencv.hpp>
#include <ctime>
using namespace cv;
const int width = 60;
const int height = 30;
const int code_number = 4;
String randomText(RNG& rng)
{
  static char* text[] = {
    "0","1","2","3","4","5","6","7","8","9",
    "a","b","c","d","e","f","g","h","i","j","k","l","m","n",
    "o","p","q","r","s","t","u","v","w","x","y","z",
    "A","B","C","D","E","F","G","H","I","J","K","L","M","N",
    "O","P","Q","R","S","T","U","V","W","X","y","Z"
  };
  return text[rng.uniform(0, 62)];
}
Scalar randomColor(RNG& rng)
{
  int icolor = rng.uniform(1 << 16, 1 << 20);
  return Scalar(icolor & 255, (icolor >> 8) & 255, (icolor >> 16) & 255);
}
// 在 image 上增加噪点
void interfere(Mat& image, RNG& rng)
{
  // 加入圆形干扰
  Point center;
  for (int i = 0; i < rng.uniform(50, 80); ++i)
  {
    center.x = rng.uniform(0, width);
    center.y = rng.uniform(0, height);
    circle(image, center, 0, randomColor(rng), 1);
  }
  // 加入线条干扰
  Size axes;
  for (int i = 0; i < rng.uniform(10, 20); ++i)
  {
    center.x = rng.uniform(0, width);
    center.y = rng.uniform(0, height);
    axes.width = rng.uniform(20, 50);
    axes.width = rng.uniform(20, 50);
    double angle = rng.uniform(0, 180);
    ellipse(image, center, axes, angle,
            angle - rng.uniform(0, 10), angle + rng.uniform(0, 10),
            randomColor(rng), rng.uniform(0, 2));
  }
}
// 在 image 上生成验证码
void generateCode(Mat& image, RNG& rng)
{
  for (int i = 0; i < code_number; i++)
  {
    // 生成的数字字母不断往右移
    Point org;
    org.x = 13 * i + 5 + rng.uniform(-2,2);
    org.y = 20 + rng.uniform(-5, 5);
    putText(image, randomText(rng), org, FONT_ITALIC,
            rng.uniform(0.5,0.6), randomColor(rng), rng.uniform(2,3), LINE_8);
  }
}
int main()
{
  // 取当前时间来构造 RNG
  std::time_t t;
  t = time(NULL);
  RNG rng(static_cast<int64_t>(t));
  // 生成背景图
  Scalar bg(rng.uniform(200,255), rng.uniform(233, 255), rng.uniform(233, 255));
  Mat vcode(height, width, CV_8UC3, bg);
  // 加入干扰
  interfere(vcode, rng);
  // 生成验证码
  generateCode(vcode, rng);
  imshow("vcode", vcode);
  waitKey();
}

以下是生成的验证码的展示图：
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还可以吧！有模有样了 （￣︶￣）↗

去研究验证码识别了 (:з」∠) ，希望下一篇文章能早日出来~

-------------------------------- 全文完 感谢您的阅读 --------------------------------
「写的那么辛苦，连一块钱都不打赏吗/(ㄒoㄒ)/~~」