新手详细教程：python3基于SVM识别学校登录页面验证码

零、准备工作

1、python3+

2、工具：pycharm

3、模块：os、sklearn、urllib.request、numpy、pandas、PIL（建议下载anaconda）

4、一颗对输入验证码感到厌烦的心

一、批量得到验证码图片

import urllib.request
def download(n):
    for i in range(1, n+1):
        img_src = 'http:xxxxx'
        i = str(i)             
        urllib.request.urlretrieve(img_src, './jpg/' + i + '.jpg') # 图片可能不是jpg格式，请注意

 想要识别验证码，首先要有验证码：使用循环访问n次验证码网址，下载n张二维码到当前同级目录

下的jpg文件夹中。

 得到验证码的生成网址 要在浏览器中使用开发者工具，即按F12。在右边栏中可以找到服务器发给浏

览器的验证码，然后 copy一下验证码网址就行。

下载500例，可以看到验证码是彩色的，而且有奇奇怪怪的线条，我们接下来就要搞定它们

二、转成黑白图片--二值化

def getTable(threshold=140):
    table = []
    for i in range(256):
        table.append(0) if i < threshold else table.append(1)
    return table

 getTable()函数返回一个列表[0,0,0,....,1,1,1]，用来分辨像素的工具，比较白的颜色二值化为1，比较黑的颜色二值化为0

from PIL import Image
image = Image.open("jpg/418.jpg")
imgry = image.convert('L')    # 转化为灰度图
table = get_bin_table()       # table是list[]
out = imgry.point(table, '1') # out是image类型
out.show()

out的图片如上所示，可见其变成了黑白二色，这代表out是由0和1构成的，黑色表示0，白色表示1。

这样更容易统计得到图片的特征，比如数字3 由几个0,1构成，进而得到各个数字的规律。

三、去除线条--除噪点

 可以看到，验证码图片中通常会有设置的干扰物，这会影响SVM训练时的效果。但是可以发现的是，

这种验证码图片的 噪点 并不多，而且处于边缘位置。需要说明的是，SVM训练的是一小块字符截图，所以

截图位置外的噪点皆可漠视，因此我 决定暂时不去除噪点，先看看截图效果。

四、得到字符截图

 在pycharm中放大图片，开启网格，可以看到一些细节：z离左边缘4个像素；3离顶部4个像素；字

符之间的距离是2或3个 像素；所有字符离底边缘6个像素。看起来不好办啊！字符之间的距离竟然是浮动

的。然而仔细观察后我发现，字符似乎最大长 度都 是高12px，最大宽度10px。也就是说12*10的区域可

以恰好包含z，而不包含3。 对于字符z，截下（4,4,14,16）；对于字符3，截下（14,4,24,16）；以此类推。

def get_crop_imgs(img):
        child_img_list = []
        for i in range(4):
            x = 4 + i * 10                   # 第1个字符的截图位置是（4,4,14,16）
            y = 4
            child_img = img.crop((x, y, x + 10, y + 12))
            child_img_list.append(child_img) # child_img是image类型，child_img_list是含image类型元素的列表
    return child_img_list

list=get_crop_imgs(img)
list[0].show()

这就是截下来的字符，看得出噪点依然存在，但是不用急，大部分的字符截图都没有噪点，

五、保存字符截图

 每一张验证码都会截下四张字符截图，n张验证码会产生4n张字符截图，需要注意的一点是，字符截图

数不可太多， 因为 这是监督学习，是需要人为标注的，也就是你要手动分类，数字1归一类，数字2归一类，

等等。分别用文件夹储存。 经过后来的尝试我发现每类20个就可以训练得不错，这侧面反映这确实是很简单

的验证码。

def saveSpiltPicture(self, n):
        for i in range(0, n):
            i = i + 1                   # 循环为0时，i=1;循环为1时，i=2;方便计算
            image = Image.open('./jpg/' + str(i) + '.jpg')
            imgry = image.convert('L')  # 转化为灰度图

            out = imgry.point(self.table, '1')
            img_list = get_crop_imgs(out)

            img_list[0].save('./bmp/' + str(4 * i + 1) + '.bmp')
            img_list[1].save('./bmp/' + str(4 * i + 2) + '.bmp')
            img_list[2].save('./bmp/' + str(4 * i + 3) + '.bmp')
            img_list[3].save('./bmp/' + str(4 * i + 4) + '.bmp')

六、手动分类字符截图

首先要统计字符频率：共11类：123abcmnxvz。创建文件夹，命名为char，里面再创建11个文件夹，

分别以类名命名。

手动将bmp文件夹下的截图分类， 每类二三十个就可以了。

这里7.bmp对应2.jpg内的第三个字符。

七、获得图片特征

（1）文件操作

 为什么又命名jpg文件夹，又命名bmp文件，甚至还有char文件夹呢？

 因为我要使用文件操作，自动对char下的每个文件夹下的每个图片使用“获取特征函数”，省时省力。

import os
def sortTable():
    list = []
    files_list = os.listdir('char')     # files_list->['1','2',...'x','z']
    num = 0                             # 第num张截图
    for i in files_list:                # i是第几个文件夹
        files = os.listdir('char/' + i) # 返回的files->['7.bmp','xx.bmp',...]
        for j in range(0, len(files)):  # j是第几张图片
            image = Image.open('char/' + i + '/' + files[j]) # files[0]->'7.bmp'
            list.append(get_feature(image)) # 使用获取特征函数返回list类型加在list后，所以list是二维数组
            list[num].append(i)         # 向list中的某list的尾加上文件名 *1
            num += 1                    #最后大list中含n个小list，每个小list都含有截图特征信息
    return list

     *1：为什么要加上文件名？打比方说，获得‘1’文件夹下某个字符‘1’的特征后，得再加一个特征，说前22个特征指向的

是字符‘1’，不然谁知道22个特征指向的是谁，是x还是z？所以新加的特征就是文件夹名。

（2）获取特征函数

def get_feature(img):
    """
    获取指定图片的特征值,
    一张截图为高12，宽10。统计各行的黑点，得到12个信息，统计各列的黑点，得到10个信息，用列表返回22个信息
    """
    pixel_cnt_list = []
    height = 12
    width = 10
    for y in range(height):
        pix_cnt_x = 0
        for x in range(width):
            if img.getpixel((x, y)) == 0:  # 黑色点
                pix_cnt_x += 1
        pixel_cnt_list.append(pix_cnt_x)

    for x in range(width):
        pix_cnt_y = 0
        for y in range(height):
            if img.getpixel((x, y)) == 0:  # 黑色点
                pix_cnt_y += 1
        pixel_cnt_list.append(pix_cnt_y)

    return pixel_cnt_list

(3)保存数据集

import pandas as pd
def save():
 names = [x for x in range(1, 24)]
 list=sortTable()
 test = pd.DataFrame(list, columns=names) # test类型为Dataframe
 test.to_csv('data.txt')  # 保存数据集

 储存的好处是直接保存计算结果，调试时可以节省重复计算的时间，上图为data.txt的部分内

有23列， 表示23个特征， 末位特征表示此行指向什么字符，每行首位是行号。看得出虽然是4个字

符‘1’， 但是某些特征还是不同的。

八、SVM训练

from sklearn.multiclass import OneVsRestClassifier
from sklearn.svm import SVC
from sklearn.cross_validation import train_test_split
from sklearn.externals import joblib

def train():
    data = pd.read_csv("data.txt")
    clf = OneVsRestClassifier(SVC(kernel='linear'))

    X = data.ix[:, 1:23]                     # 选取所有行的1-22列
    y = np.array(data.ix[:, 23]).astype(str) # 选取所有行的第23列，类型转换

    X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3) #数据集分四类
    clf.fit(X_train, y_train)                # 训练ing
    y_pred = clf.predict(X_test)             # 测试ing

    rf = pd.DataFrame(list(zip(y_pred, y_test)), columns=['predicted', 'actual']) # rf类型是dataframe
    rf['correct'] = rf.apply(lambda r: 1 if r['predicted'] == r['actual'] else 0, axis=1)
    print(len(rf[rf['correct'] == 1]) / len(rf)) 
    joblib.dump(clf, "train_model.m")        # 保存训练模型

 test_size参数表示分组规模，0.3表示70%的data拿去训练，30%的data拿去测试。
 我的data大概有900多行的特征向量，test_size=0.99时，准确率不到60%，test_size=0.9时，准确率就接近100%了。

而且我的字符中m宽度有15个px，截图只截下半个多m，然而训练后可以准确识别出m，且不怎么受噪点影响，所以除噪

也没什么必要了。

 如果训练效果不好，可能是算法有问题，或是训练量不够。

九、使用训练模型识别验证码

def seePicture():
    clf = joblib.load("train_model.m")
    image = Image.open("jpg/340.jpg")
    imgry = image.convert('L')       # 转化为灰度图
    table = get_bin_table()
    out = imgry.point(table, '1')
    img_list = get_crop_imgs(out)
    for x in range(0, 4):
        list = get_feature(img_list[x])
        y_pred = clf.predict([list]) # predict接受二维数组参数
        print(len(y_pred))

识别成功，任务完成。

十、小结

 这是我第一次写博客，如有错误或不详尽之处请指出。大概50%是在前人的基础上完成的，

在研究的同时走了许多弯路，所以就写下这篇尽量完整详尽的博客（所以才有那么多注释），希

望所有人无论是新手都能看的明白。至于文章中的一些格式错误，我没办法了，编辑时是粗体，

发表时变成斜体，晕。 以下是类代码

from PIL import Image
import pandas as pd
import numpy as np
import urllib.request
from sklearn.multiclass import OneVsRestClassifier
from sklearn.svm import SVC
from sklearn.cross_validation import train_test_split
from sklearn.externals import joblib
import os


class verification_code:
    data = []
    table = []
    threshold = 140

    def __init__(self):
        for i in range(256):
            self.table.append(0) if i < self.threshold else self.table.append(1)

    def download(self, n, URL):
        for i in range(1, n + 1):
            img_src = URL
            i = str(i)
            urllib.request.urlretrieve(img_src, './jpg/' + i + '.jpg')

    def get_crop_imgs(self, img):
        child_img_list = []
        for i in range(4):
            x = 4 + i * 10  # 见原理图
            y = 4
            child_img = img.crop((x, y, x + 10, y + 12))
            child_img_list.append(child_img)

        return child_img_list

    def get_feature(self, img):
        pixel_cnt_list = []
        height = 12
        width = 10
        for y in range(height):
            pix_cnt_x = 0
            for x in range(width):
                if img.getpixel((x, y)) == 0:  # 黑色点
                    pix_cnt_x += 1
            pixel_cnt_list.append(pix_cnt_x)

        for x in range(width):
            pix_cnt_y = 0
            for y in range(height):
                if img.getpixel((x, y)) == 0:  # 黑色点
                    pix_cnt_y += 1
            pixel_cnt_list.append(pix_cnt_y)

        return pixel_cnt_list

    def saveSpiltPicture(self, n):
        for i in range(0, n):
            i = i + 1
            image = Image.open('./jpg/' + str(i) + '.jpg')
            imgry = image.convert('L')  # 转化为灰度图

            out = imgry.point(self.table, '1')
            img_list = self.get_crop_imgs(out)

            img_list[0].save('./bmp/' + str(4 * i + 1) + '.bmp')
            img_list[1].save('./bmp/' + str(4 * i + 2) + '.bmp')
            img_list[2].save('./bmp/' + str(4 * i + 3) + '.bmp')
            img_list[3].save('./bmp/' + str(4 * i + 4) + '.bmp')

    def sorttable(self):
        list = []
        files_list = os.listdir('char')
        num = 0
        for i in files_list:  # i是第几个文件夹
            files = os.listdir('char/' + i)
            for j in range(0, len(files)):  # j是第几张图片
                image = Image.open('char/' + i + '/' + files[j])
                list.append(self.get_feature(image))
                list[num].append(i)
                num += 1
        names = [x for x in range(1, 24)]
        test = pd.DataFrame(list, columns=names)  # test类型为Dataframe
        test.to_csv('data.txt')  # 保存数据集

    def train(self):
        data = pd.read_csv("data.txt")
        clf = OneVsRestClassifier(SVC(kernel='linear'))

        X = data.ix[:, 1:23]
        y = np.array(data.ix[:, 23]).astype(str)

        X_train, X_test, y_train, y_test = train_test_split(X, y, test_size=0.3)
        clf.fit(X_train, y_train)
        y_pred = clf.predict(X_test)

        rf = pd.DataFrame(list(zip(y_pred, y_test)), columns=['predicted', 'actual'])
        rf['correct'] = rf.apply(lambda r: 1 if r['predicted'] == r['actual'] else 0, axis=1)
        print(len(rf[rf['correct'] == 1]) / len(rf))
        joblib.dump(clf, "train_model.m")
        print(rf)

    def seePicture(self, img):
        clf = joblib.load("train_model.m")
        image = Image.open(img)
        image.show()
        imgry = image.convert('L')  # 转化为灰度图
        out = imgry.point(self.table, '1')
        img_list = self.get_crop_imgs(out)
        for x in range(0, 4):
            list = self.get_feature(img_list[x])
            y_pred = clf.predict([list])
            print(y_pred)

    def workFrist(self, n, URL):
        self.download(n, URL)
        self.saveSpiltPicture(n)
 # 手动分组
    def workSecond(self):
        self.sorttable()
        self.train()

    def workTest(self, img):
        self.seePicture(img)

code=verification_code()
code.workFrist(100, 'http://csujwc.its.csu.edu.cn/verifycode.servlet')
code.workSecond()
code.workTest('jpg/1.jpg')

十一、参考文献

1、字符型图片验证码识别完整过程及Python实现   点击打开链接