机器视觉

从 Google 的无人驾驶汽车到可以识别假钞的自动售卖机，机器视觉一直都是一个应用广 泛且具有深远的影响和雄伟的愿景的领域。

我们将重点介绍机器视觉的一个分支：文字识别，介绍如何用一些 Python库来识别和使用在线图片中的文字。

我们可以很轻松的阅读图片里的文字，但是机器阅读这些图片就会非常困难，利用这种人类用户可以正常读取但是大多数机器人都没法读取的图片，验证码 (CAPTCHA)就出现了。验证码读取的难易程度也大不相同，有些验证码比其他的更加难读。

将图像翻译成文字一般被称为光学文字识别(Optical Character Recognition, OCR)。可以实现OCR的底层库并不多,目前很多库都是使用共同的几个底层 OCR 库,或者是在上面 进行定制。

ORC库概述

在读取和处理图像、图像相关的机器学习以及创建图像等任务中，Python 一直都是非常出色的语言。虽然有很多库可以进行图像处理，但在这里我们只重点介绍：Tesseract

Tesseract

Tesseract 是一个 OCR 库,目前由 Google 赞助(Google 也是一家以 OCR 和机器学习技术闻名于世的公司)。Tesseract 是目前公认最优秀、最精确的开源 OCR 系统。 除了极高的精确度,Tesseract 也具有很高的灵活性。它可以通过训练识别出任何字体，也可以识别出任何 Unicode 字符。

安装Tesseract

Windows 系统

下载可执行安装文件https://code.google.com/p/tesseract-ocr/downloads/list安装。

Linux 系统

可以通过 apt-get 安装: $sudo apt-get tesseract-ocr

Mac OS X系统

用 Homebrew(http://brew.sh/)等第三方库可以很方便地安装 brew install tesseract

要使用 Tesseract 的功能，比如后面的示例中训练程序识别字母，要先在系统中设置一 个新的环境变量 $TESSDATA_PREFIX，让 Tesseract 知道训练的数据文件存储在哪里，然后搞一份tessdata数据文件，放到Tesseract目录下。

在大多数 Linux 系统和 Mac OS X 系统上,你可以这么设置:

 $export TESSDATA_PREFIX=/usr/local/share/Tesseract

在 Windows 系统上也类似,你可以通过下面这行命令设置环境变量:

 #setx TESSDATA_PREFIX C:\Program Files\Tesseract OCR\Tesseract

安装pytesseract

Tesseract 是一个 Python 的命令行工具，不是通过 import 语句导入的库。安装之后,要用 tesseract 命令在 Python 的外面运行，但我们可以通过 pip 安装支持Python 版本的 Tesseract库：

pip install pytesseract

Tesseract处理给规范的文字

你要处理的大多数文字都是比较干净、格式规范的。格式规范的文字通常可以满足一些需求,不过究竟什么是“格式混乱”,什么算“格式规范”,确实因人而异。 通常,格式规范的文字

具有以下特点:

• 使用一个标准字体(不包含手写体、草书,或者十分“花哨的”字体) • 虽然被复印或拍照,字体还是很清晰,没有多余的痕迹或污点
• 排列整齐,没有歪歪斜斜的字
• 没有超出图片范围,也没有残缺不全,或紧紧贴在图片的边缘
• 文字的一些格式问题在图片预处理时可以进行解决。例如,可以把图片转换成灰度图,调 整亮度和对比度,还可以根据需要进行裁剪和旋转（详情请关注图像与信号处理），但是,这些做法在进行更具扩展性的 训练时会遇到一些限制。

格式规范文字的理想示例

代码实现

import pytesseract
from PIL import Image

image = Image.open('test.jpg')
text = pytesseract.image_to_string(image)
print text

运行结果：

This is some text, written in Arial, that will be read by
Tesseract. Here are some symbols: !@#$%"&*()

Tesseract对模糊图片进行阈值过滤和降噪处理

很多时候我们在网上会看到这样的图片：

Tesseract 不能完整处理这个图片,主要是因为图片背景色是渐变的,最终结果是这样:

随着背景色从左到右不断加深,文字变得越来越难以识别,Tesseract 识别出的 每一行的最后几个字符都是错的。

遇到这类问题,可以先用 Python 脚本对图片进行清理。利用 Pillow 库,我们可以创建一个 阈值过滤器来去掉渐变的背景色,只把文字留下来,从而让图片更加清晰,便于 Tesseract 读取:

代码实现

from PIL import Image 
import subprocess

def cleanFile(filePath, newFilePath): 
    image = Image.open(filePath)

    # 对图片进行阈值过滤,然后保存
    image = image.point(lambda x: 0 if x<143 else 255)     
    image.save(newFilePath)

    # 调用系统的tesseract命令对图片进行OCR识别     
    subprocess.call(["tesseract", newFilePath, "output"])

    # 打开文件读取结果
    file = open("output.txt", 'r')     
    print(file.read()) 
    file.close()

cleanFile("text2.jpg", "text2clean.png")

运行结果：

通过一个阈值对前面的“模糊”图片进行过滤的结果

除了一些标点符号不太清晰或丢失了,大部分文字都被读出来了。Tesseract 给出了最好的 结果:

对知乎网验证码进行处理：

许多流行的内容管理系统即使加了验证码模块，其众所周知的注册页面也经常会遭到网络 机器人的垃圾注册。

那么，这些网络机器人究，竟是怎么做的呢?既然我们已经，可以成功地识别出保存在电脑上 的验证码了，那么如何才能实现一个全能的网络机器人呢?

大多数网站生成的验证码图片都具有以下属性。

• 它们是服务器端的程序动态生成的图片。验证码图片的 src 属性可能和普通图片不太一 样，比如 <img src="WebForm.aspx?id=8AP85CQKE9TJ">，但是可以和其他图片一样进行 下载和处理。
• 图片的答案存储在服务器端的数据库里。
• 很多验证码都有时间限制，如果你太长时间没解决就会失效。
• 常用的处理方法就是，首先把验证码图片下载到硬盘里，清理干净，然后用 Tesseract 处理 图片，最后返回符合网站要求的识别结果。

#!/usr/bin/env python
# -*- coding:utf-8 -*-

import requests
import time
import pytesseract
from PIL import Image
from bs4 import BeautifulSoup

def captcha(data):
    with open('captcha.jpg','wb') as fp:
        fp.write(data)
    time.sleep(1)
    image = Image.open("captcha.jpg")
    text = pytesseract.image_to_string(image)
    print "机器识别后的验证码为：" + text
    command = raw_input("请输入Y表示同意使用，按其他键自行重新输入：")
    if (command == "Y" or command == "y"):
        return text
    else:
        return raw_input('输入验证码：')

def zhihuLogin(username,password):

    # 构建一个保存Cookie值的session对象
    sessiona = requests.Session()
    headers = {'User-Agent':'Mozilla/5.0 (Windows NT 10.0; Win64; x64; rv:47.0) Gecko/20100101 Firefox/47.0'}

    # 先获取页面信息，找到需要POST的数据（并且已记录当前页面的Cookie）
    html = sessiona.get('https://www.zhihu.com/#signin', headers=headers).content

    # 找到 name 属性值为 _xsrf 的input标签，取出value里的值
    _xsrf = BeautifulSoup(html ,'lxml').find('input', attrs={'name':'_xsrf'}).get('value')

    # 取出验证码，r后面的值是Unix时间戳,time.time()
    captcha_url = 'https://www.zhihu.com/captcha.gif?r=%d&type=login' % (time.time() * 1000)
    response = sessiona.get(captcha_url, headers = headers)


    data = {
        "_xsrf":_xsrf,
        "email":username,
        "password":password,
        "remember_me":True,
        "captcha": captcha(response.content)
    }

    response = sessiona.post('https://www.zhihu.com/login/email', data = data, headers=headers)
    print response.text

    response = sessiona.get('https://www.zhihu.com/people/maozhaojun/activities', headers=headers)
    print response.text


if __name__ == "__main__":
    #username = raw_input("username")
    #password = raw_input("password")
    zhihuLogin('[email protected]','ALAxxxxIME')

值得注意的是，有两种异常情况会导致这个程序运行失败。第一种情况是，如果 Tesseract 从验证码图片中识别的结果不是四个字符(因为训练样本中验证码的所有有效答案都必须 是四个字符)，结果不会被提交，程序失败。第二种情况是虽然识别的结果是四个字符， 被提交到了表单，但是服务器对结果不认可，程序仍然失败。

在实际运行过程中，第一种 情况发生的可能性大约为 50%，发生时程序不会向表单提交，程序直接结束并提示验证码 识别错误。第二种异常情况发生的概率约为 20%，四个字符都对的概率约是 30%(每个字 母的识别正确率大约是 80%，如果是五个字符都识别，正确的总概率是 32.8%)。