Python实现图片转字符画

一、实验介绍：

1、实验知识点：

将实践以下知识：

Linux 命令行操作
Python 基础
pillow 库的使用
argparse 库的使用(参考教程：https://blog.ixxoo.me/argparse.html)

2、实验环境：

Python 3.5
pillow 7.1.2

PIL 是一个Python图像处理库，使用下面的命令来安装 pillow(PIL) 库：

Linux 下使用下面命令：

sudo pip3 install --upgeade pip
sudo pip3 install pillow

Windows 下使用下面命令：

python -m pip install --upgrade pip
pip install pillow==7.1.2

3、参考代码

本实验的参考代码： http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/370/ascii.py

二、实验原理：

字符画是一系列字符的组合，我们可以把字符看作是比较大块的像素，一个字符能表现一种颜色(为了简化可以这么理解)，字符的种类越多，可以表现得颜色也越多，图片也会更有层次感！

那么我们要转换一张彩色的图片，这么多的颜色，要怎么对应到单色的字符画上去？这里就要介绍 灰度值 的感念了！

灰度值：指黑白图像中点的颜色深度，范围一般从0~255，白色为255，黑色为0，故黑白图片也称灰度图像

另一个概念是 RGB 色彩：

RGB 色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红(R)/绿(G)/蓝(B)三个颜色通道的彼岸花以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色， RGB 即是代表着红/绿/蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一！

我们可以使用灰度值公式将像素的 RGB 值映射到灰度值（注意这个公式并不是一个真实的算法，而是简化的 sRGB IEC61966-2.1 公式，真实的公式更复杂一些，不过在我们的这个应用场景下并没有必要）：

gray = 0.2126*r + 0.7152 *g + 0.0722 *b

这样我们可以创建一个不重复的字符列表，灰度值小(暗)的用列表开头的符号，灰度值大(亮)的用列表末尾的符号！

三、实验步骤：

首先，安装Python的图像处理库 pillow(PIL) ， Windows 和 Linux 的指令见前方 【实验环境】

对于 Linux 下，需求在 /home/shiyanlou 目录下创建 ascii.py 文件：

cd /home/shiyanlou/
touch ascii.py

对于 Windows 下，我们就记为 demo.py 吧！

1、编写代码

Linux 下使用 vim 或者 gedit 打开代码文件：

cd /home/shiyanlou
vim ascii.py

（ vim 打开后 i 按键按下代表插入，就可以编写代码，退出时：先 etc 再 :wq ）

文件打开后依次输入以下的代码内容：

首先要导入必要的库， argparse 库是用来管理命令行参数输入的

from PIL import Image
import argparse

2、处理命令行参数

我们首先使用 argparse 处理命令行参数，目标是获取输入的图片路径、输出字符画的宽和高以及输出文件的路径

```python

首先，构建命令行输入参数处理 ArgumentParser 实例

parser = argparse.ArgumentParser()

定义输入文件、输出文件、输出字符画的宽和高

parser.add_argument('file') #输入文件 parser.add_argument('-o', '--output') #输出文件 parser.add_argument('--width', type = int, default = 80) #输出字符画宽 parser.add_argument('--height', type = int, default = 80) #输出字符画高

解析并获取参数

args = parser.parse_args()

输入的图片文件路径

IMG = args.file

输出字符画的宽度

WIDTH = args.width

输出字符画的高度

HEIGHT = args.height

输出字符画的路径

OUTPUT = args.output ```

3、实现 `RGB` 值转字符的函数

首先将 RGB 转为灰度值，然后使用灰度值映射到字符列表中的某个字符

下面是我们的字符画所使用的字符集，一共有70个字符：

ascii_char = list("$@B%8&WM#*oahkbdpqwmZO0QLCJUYXzcvunxrjft/\|()1{}[]?-_+~<>i!lI;:,\"^`'. ")

字符的种类和数量可以自己根据字符画的效果反复调试！

下面是 RGB 值转字符的函数，注意 alpha 值为0的时候表示图片中该位置为空白

```python def get_char(r,g,b,alpha = 256):

# 判断 alpha 值
if alpha == 0:
    return ' '

# 获取字符集的长度，这里为 70
length = len(ascii_char)

# 将 RGB 值转为灰度值 gray，灰度值范围为 0-255
gray = int(0.2126 * r + 0.7152 * g + 0.0722 * b)

# 灰度值范围为 0-255，而字符集只有 70
# 需要进行如下处理才能将灰度值映射到指定的字符上
unit = int(grey/length)*256

# 返回灰度值对应的字符
return ascii_char[unit]

```

其中灰度值映射到指定字符上有公式： x/length = gray/alpha

4、处理图片

首先使用 PIL 的 Image.open 打开图片文件，获得对象 im
使用 PIL 库的 im.resize() 调整图片大小对应到输出的字符画的宽度和高度，注意这个函数第二个参数使用 Image.NEARSET ，表示输出低质量的图片
遍历提取图片中每行的像素的 RGB 值，调用 getchar 转成对应的字符
将所有的像素对应的字符拼接在一起形成一个字符串 txt
打印输出字符串 txt
如果执行时配置了输出文件，将打开文件将 txt 输出到文件，如果没有，则默认输出到 output.txt 文件

整个过程需要注意的是调用 getchar 时候的参数是通过 PIL 库的 getpixel 获取的，如下：

char = get_char(*im.getpixel((j,i)))

其中 im.getpixel((j,i)) 获取得到坐标 (j,i) 位置的 RGB 像素值（有的时候会包含 alpha 值），返回的结果是一个元组，例如 (1,2,3) 或者 (1,2,3,0) 。我们使用 * 可以将元组作为参数传递给 get_char，同时元组中的每个元素都对应到 get_char 函数的每个参数。

```python if name == ' main ':

# 打开并调整图片的宽和高
im = Image.open(IMG)
im = im.resize((WIDTH,HEIGHT), Image.NEAREST)

# 初始化输出的字符串
txt = ""

# 遍历图片中的每一行
for i in range(HEIGHT):
    # 遍历该行中的每一列
    for j in range(WIDTH):
        # 将 (j,i) 坐标的 RGB 像素转为字符后添加到 txt 字符串
        txt += get_char(*im.getpixel((j,i)))
    # 遍历完一行后需要增加换行符
    txt += '\n'
# 输出到屏幕
print(txt)

# 字符画输出到文件
if OUTPUT:
    with open(OUTPUT,'w') as f:
        f.write(txt)
else:
    with open("output.txt",'w') as f:
        f.write(txt)

```

四、完整代码

```python

- - coding=utf-8 - -

from PIL import Image import argparse

命令行输入参数处理

parser = argparse.ArgumentParser()

获取参数

args = parser.parse_args()

IMG = args.file WIDTH = args.width HEIGHT = args.height OUTPUT = args.output

ascii_char = list("$@B%8&WM#*oahkbdpqwmZO0QLCJUYXzcvunxrjft/|()1{}[]?-_+~<>i!lI;:,\"^`'. ")

将256灰度映射到70个字符上A

def get_char(r,g,b,alpha = 256): if alpha == 0: return ' ' length = len(ascii_char) gray = int(0.2126 * r + 0.7152 * g + 0.0722 * b)

unit = (256.0 + 1)/length
return ascii_char[int(gray/unit)]

if name == ' main ':

im = Image.open(IMG)
im = im.resize((WIDTH,HEIGHT), Image.NEAREST)

txt = ""

for i in range(HEIGHT):
    for j in range(WIDTH):
        txt += get_char(*im.getpixel((j,i)))
    txt += '\n'

print(txt)

#字符画输出到文件
if OUTPUT:
    with open(OUTPUT,'w') as f:
        f.write(txt)
else:
    with open("output.txt",'w') as f:
        f.write(txt)

```

A下载用来测试的图片：

http://labfile.oss.aliyuncs.com/courses/370/ascii_dora.png

最后，使用刚刚编写的 ascii.py 来将下载的 ascii_dora.png 转换成字符画，此时执行过程没有指定其他的参数，比如输出文件、输出文件的宽和高，这些参数都将使用默认的参数值：