用R將圖片轉為字符畫

作者：輝小寶同學微信公眾號：R語言和Python學堂

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注意：點擊放大圖片，可查看圖片細節

所謂字符畫，就是將圖片中的像素用相應字符來代替，這樣就是字符畫了。

現在網上有很多小工具可實現這個功能，主要是基於Java和Python的。目前好像還沒人用R來實現，因此在這篇博客，我將帶領大家學習如何用R來生成字符畫。

再來看個字符動畫：

原動畫

字符動畫

1. 基本原理

RGB色彩模式是通過對紅(R)、綠(G)、藍(B)三個顏色通道的疊加來得到各式各樣的顏色的，常用的是8位圖(各通道均為256等級，數值從0, 1, 2, ...直到255)。灰度圖只含一個通道，不含色彩信息，就是我們平時看到的黑白照片，通常也劃分為0到255共256個級別，其中0最暗(全黑)，255最亮(全白)。在ImageMagick中，從彩色圖片中的RGB值到灰度值Gray轉換公式默認為： Gray=0.212*R+0.715*G+0.072*B

比如我們用 {'&', '#', 'w', 's', 'k', 'd', 't', 'j', 'i', '.', ' '} 這11字符來作為我們的字符集，你也可以根據自己的喜好來選擇。我們的字符集容量為11，一個字符對應的像素區間寬度為 256/11≈23。

灰度值與字符集的對應關係為：

[0, 23) → '&'

[23, 46) → '#'

[46, 69) → 'w'

......

......

[209, 232) → '.'

[232, 255] → ' '

2. R實現

對於圖片處理，我們用R的 Magick包來處理，其功能非常強大，它實際上是ImageMagick的功能接口。ImageMagick可能是當今最全面的開源圖像處理庫，支持許多常見格式( png、JPEG、tiff、pdf等)和操作(旋轉、縮放、裁剪、修剪、翻轉、模糊等)。

對於圖片轉字符畫的R實現，我將其封裝成一個叫 image2chars的函數，其使用說明可參考函數內部的注釋，函數代碼如下：

library(magick)  # 加載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){

 ##### 參數

 # pathIn: 原始圖片的路徑，支持各種格式

 # pathOutTxt: 字符文本的輸出路徑，默認與原始圖片在同一文件夾下，只是後綴為.txt;你也可指定其他路徑

 # pathOutImg: 字符圖片的輸出路徑，默認與原始圖片在同一文件夾下，只是後綴為.jpg;你也可指定其他路徑

 # jpg_quality: 字符圖片的質量，範圍0-100，越大圖片越清晰，默認為80

 # width: 字符文本的寬度，默認為100，即一行100個字符；字符圖片的尺寸也與其成正比

 # chars: 字符集，可自定義；默認為'&','#','w','s','k','d','t','j','i','.', ' '共11個字符

 # isColor: 字符圖片是否為彩色，默認為黑白字符圖片

 ##### 返回值

 # 無

 img <- image_read(pathIn)  # 讀入圖片

 gray <- image_convert(img, colorspace='gray')  # 轉為灰度圖

 rgb <- image_convert(img, colorspace='rgb')  # 轉為rgb圖

 ## 修改圖片尺寸

 gray <- image_resize(gray, paste0(width,'x'))

 rgb <- image_resize(rgb, paste0(width,'x'))

 ## 獲取圖片灰度值矩陣，並將各像素值對應於相應字符

 gray <- as.integer(image_data(gray))[, , 1]

 w <- ncol(gray)   # 圖片寬度

 h <- nrow(gray)  # 圖片高度

 index <- findInterval(c(gray), seq(0, 255, length.out=length(chars)+1), rightmost.closed=T)

 labels <- chars[index]

 labels_mat <- matrix(labels, ncol=w)
 

 ## 輸出字符文本，並保存成文件

 if(is.null(pathOutTxt))

   pathOutTxt <- paste0(pathIn,'.txt') # 文本文件名，與輸入圖片文件名一致，只是後綴為.txt

 write.table(labels_mat, pathOutTxt,

             quote=F, row.names=F,col.names=F)
             

 ## 繪製字符圖片，給相應字符著色，並保存成文件

 if(isColor){

   rgb <- as.integer(image_data(rgb))

   r <- rgb[, , 1]  # red通道像素矩陣

   g <- rgb[, , 2]  # green通道像素矩陣

   b <- rgb[, , 3]  # blue通道像素矩陣

   cols <- rgb(c(r), c(g), c(b), maxColorValue=255) # 轉化為顏色表示

 }

 if(is.null(pathOutImg))

   pathOutImg <- paste0(pathIn,'.jpg')  # 圖片文件名，與輸入圖片文件名一致，只是後綴為.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)  # 繪製彩色字符

   } else {

   text(grid$x, grid$y, labels, cex=1.5) # 繪製黑白字符

   }

 par(op)

 dev.off()

}

來測試一下：

pathIn <- 'messi.jpg'

image2chars(pathIn, width=80)

代碼運行後，將生成兩個文件 messi.jpg.txt和 messi.jpg.jpg(見下圖)，分別為字符文本和字符圖片。

其中字符圖片為：

pathIn <- 'tiger.jpg'

image2chars(pathIn, width=80, isColor=TRUE)

其原圖為：

custom_chars <- c('@','%','M','G','a','l','-')  ##自定義字符集

pathIn <- 'cartoon.jpg'

image2chars(pathIn, width=80, chars=custom_chars)

其原圖為：

最後結合《用R製作gif動態圖以及從gif中提取圖片》博客中的方法就可以製作字符動畫了，再來看個例子：

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助。如果覺得文章不錯，動手轉發支持一下哦！

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