用R将图片转为字符画

用R将图片转为字符画

想获取本文完整代码和数据的下载链接,可关注微信公众号"R语言和Python学堂",并回复发文日期"20181129"。

所谓字符画,就是将图片中的像素用相应字符来代替,这样就是字符画了。

现在网上有很多小工具可实现这个功能,主要是基于Java和Python的。目前好像还没人用R来实现,因此在这篇博客,我将带领大家学习如何用R来生成字符画。

再来看个字符动画:

原动画



字符动画



1. 基本原理

  • 将彩色图片转化为灰度图(像素值从0到255,其中0为黑色,255为白色)
  • 设计一套字符集来对应各像素值,一般原则是:黑色对应最复杂字符(比如&@);白色对应最简单字符(比如.或空格)
  • 根据彩色图片的RGB各通道的像素值来给字符上色
RGB色彩模式是通过对红(R)、绿(G)、蓝(B)三个颜色通道的叠加来得到各式各样的颜色的,常用的是8位图(各通道均为256等级,数值从0, 1, 2, ...直到255)。灰度图只含一个通道,不含色彩信息,就是我们平时看到的黑白照片,通常也划分为0到255共256个级别,其中0最暗(全黑),255最亮(全白)。在ImageMagick中,从彩色图片中的RGB值到灰度值Gray转换公式默认为:Gray = 0.212656*R + 0.715158*G + 0.072186*B

比如我们用{'&', '#', 'w', 's', 'k', 'd', 't', 'j', 'i', '.', ' '}这11字符来作为我们的字符集,你也可以根据自己的喜好来选择。我们的字符集容量为11,一个字符对应的像素区间宽度为 256/11≈23。

灰度值与字符集的对应关系为:

[0, 23) → '&'
[23, 46) → '#'
[46, 69) → 'w'
......
......
[209, 232) → '.'
[232, 255] → ' '

2. R实现

对于图片处理,我们用R的Magick包来处理,其功能非常强大,它实际上是ImageMagick的功能接口。ImageMagick可能是当今最全面的开源图像处理库,支持许多常见格式( png、JPEG、tiff、pdf等)和操作(旋转、缩放、裁剪、修剪、翻转、模糊等)。

对于图片转字符画的R实现,我将其封装成一个叫image2chars的函数,其使用说明可参考函数内部的注释,函数代码如下:

library(magick)  # 加载magick包

image2chars <- function(pathIn='',
                        pathOutTxt=NULL,
                        pathOutImg=NULL,
                        jpg_quality=80,
                        width=100,
                        chars=c('&','#','w','s','k','d','t','j','i','.', ' '),
                        isColor=FALSE){
  ##### 参数
  # pathIn: 原始图片的路径,支持各种格式
  # pathOutTxt: 字符文本的输出路径,默认与原始图片在同一文件夹下,只是后缀为.txt;你也可指定其他路径
  # pathOutImg: 字符图片的输出路径,默认与原始图片在同一文件夹下,只是后缀为.jpg;你也可指定其他路径
  # jpg_quality: 字符图片的质量,范围0-100,越大图片越清晰,默认为80
  # width: 字符文本的宽度,默认为100,即一行100个字符;字符图片的尺寸也与其成正比
  # chars: 字符集,可自定义;默认为'&','#','w','s','k','d','t','j','i','.', ' '共11个字符
  # isColor: 字符图片是否为彩色,默认为黑白字符图片

  ##### 返回值
  # 无

  img <- image_read(pathIn)  # 读入图片
  gray <- image_convert(img, colorspace='gray')  # 转为灰度图
  rgb <- image_convert(img, colorspace='rgb')  # 转为rgb图

  ## 修改图片尺寸
  gray <- image_resize(gray, paste0(width,'x'))
  rgb <- image_resize(rgb, paste0(width,'x'))

  ## 获取图片灰度值矩阵,并将各像素值对应于相应字符
  gray <- as.integer(image_data(gray))[, , 1]
  w <- ncol(gray)   # 图片宽度
  h <- nrow(gray)  # 图片高度
  index <- findInterval(c(gray), seq(0, 255, length.out=length(chars)+1), rightmost.closed=T)
  labels <- chars[index]
  labels_mat <- matrix(labels, ncol=w)

  ## 输出字符文本,并保存成文件
  if(is.null(pathOutTxt))
    pathOutTxt <- paste0(pathIn,'.txt') # 文本文件名,与输入图片文件名一致,只是后缀为.txt
  write.table(labels_mat, pathOutTxt,
              quote=F, row.names=F,col.names=F)


  ## 绘制字符图片,给相应字符着色,并保存成文件
  if(isColor){
    rgb <- as.integer(image_data(rgb))
    r <- rgb[, , 1]  # red通道像素矩阵
    g <- rgb[, , 2]  # green通道像素矩阵
    b <- rgb[, , 3]  # blue通道像素矩阵

    cols <- rgb(c(r), c(g), c(b), maxColorValue=255) # 转化为颜色表示
  }

  if(is.null(pathOutImg))
    pathOutImg <- paste0(pathIn,'.jpg')  # 图片文件名,与输入图片文件名一致,只是后缀为.jpg
  jpeg(pathOutImg, width=16*w, height=16*h, quality=jpg_quality)
  op <- par(mar=c(0, 0, 0, 0))
  plot(0, 
       xlab='',
       ylab='',
       asp=1,
       xlim=c(0,w),
       ylim=c(0,h),
       xaxs="i",
       yaxs="i",
       type='n', 
       axes=FALSE)

  grid <- expand.grid(y=h:1-0.5, x=1:w-0.5)  # 各字符位置
  if(isColor){
    text(grid$x, grid$y, labels, cex=1.5, col=cols)  # 绘制彩色字符
    } else {
    text(grid$x, grid$y, labels, cex=1.5) # 绘制黑白字符
    }

  par(op)
  dev.off()
}

来测试一下:

  • 黑白字符图片
pathIn <- 'messi.jpg'
image2chars(pathIn, width=80)

代码运行后,将生成两个文件messi.jpg.txtmessi.jpg.jpg(见下图),分别为字符文本和字符图片。



其中字符图片为:



  • 彩色字符图片
pathIn <- 'tiger.jpg'
image2chars(pathIn, width=80, isColor=TRUE)



其原图为:



  • 自定义字符
custom_chars <- c('@','%','M','G','a','l','-')  ##自定义字符集
pathIn <- 'cartoon.jpg'
image2chars(pathIn, width=80, chars=custom_chars)



其原图为:



最后结合《用R制作gif动态图以及从gif中提取图片》博客中的方法就可以制作字符动画了,再来看个例子:



再次提醒:想获取本文完整代码和数据的下载链接,可关注微信公众号"R语言和Python学堂",并回复发文日期"20181129"。

以上就是本文的全部内容,希望对大家的学习有所帮助,也希望大家多多支持本公众号。


感谢您的阅读!想了解更多有关R语言技巧,请关注我的微信公众号“R语言和Python学堂”,我将定期更新相关文章。

编辑于 2018-12-02

文章被以下专栏收录