图像转字符画

2020-03-27 20:15阅读：

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字符画是一种由计算机键盘上的字符（即ASCII字符）组成的图画。例如一条鱼骨可表现为>++(>，一个微笑可表现为:)
多年前，常常见到网络上一些复杂的字符画，例如下图。

我一直很佩服字符画作者的创意，更感叹他们的耐心。竟可以用常用的或特殊的字符，细致调整缩进，从而设计出独特的作品。而今，发现原来字符画可以不用人工设计，而是用计算机编程设计。
现已很少在一些网站上看到字符画了，这是因为网络技术快速发展，网络带宽越来越大，容量更大的图片已可以在网络上快速传播，而且图片的存储与发布更为即时、方便。但是，字符画独特的视觉效果，依然有存在的意义。本文讨论采用Python编写程序，将图像转换成字符画。

本例采用的图像是一张在新冠疫情中的逆行者照片，以此致敬医务人员始终坚守、不曾退却、无畏危险的精神。
一、字符转换的程序设计思路分析
本例的程序虽主要是调用库函数，但从培养学生计算思维的角度，有必要讲解和分析相关函数背后的算法。
程序设计的主要思路：使用程序将彩色图像转换为字符画时，先将采用彩色图像转换为灰度图像，然后把不同灰度等级的像素对应到不同明暗的ASCII字符。字符序列“MNHQ$OC?7>!:-;.”中各个字符的留白不同，因而它们能够呈现不同的明暗效果。
彩色图像常使用RGB色彩模式，通过对红、绿、蓝三种颜色通道的变化以及它们之间的叠加来表现丰富的颜色。灰度图像又称为黑白图像，使用0~255表示每个像素点的颜色深度，白色为255，黑色为0。彩色图像转换为灰度图像，可用下面的公式将图像中各个像素的RGB值转换为灰度值。
Gray=r*0.299+g*0.587+b*0.114
本例中使用Pillow图像处理库将彩色图像转换为灰度图像，其内部转换时使用的就是上述公式。

二、编程实践

语句	解释
from PIL import Image	导入Pillow库的Image模块，Pillow库在Python 3中的名字为PIL。这里如果Python环境中未安装Pillow库，则需要先安装。
def main(): img_name = 'nxz2-1.jpg' img= Image.open(img_name)	打开图片。其中Image.open()方法有于打开指定路径的图像文件，并返回一个图像对象。这里将一个医务工作者的照片nxz2-1.jpg放到当前程序文件所在目录。因而不需给出完整路径。
width, height = 300, 130 img = img. resize((width, height))	调整图像的尺寸。这里定义的字符画尺寸稍大，主要是为了可将字符画缩小，以便取得更佳的整体图像效果。
img = img. convert('L')	转换为灰度图像。图像的convert()方法通过指定的参数转换图像的颜色模式。其中参数’L’表示灰度模式，’RGB’表示真彩色模式。
ascii_chars = list('MNHQ$OC?7>!:-;. ') def getchar(gray): n = gray / /16 return ascii_chars[int(n)]	这段代码的主要功能是由灰度值gray转换为相应的字符。这里是抽象思维的关键。定义了一个列表ascii_chars，该列表存放了16个表示明暗效果的字符。0~255表示了颜色深度。用n来表示应该应返回的列表ascii_chars中的字符位置，那么，n与灰度值gray的关系如下： gray/256=n/16 即n= gray/16
text = '' for y in range(height): for x in range(width): text += getchar(img.getpixel((x, y))) text += ''	将图片每个像素的灰度值转换为一个字符，并存放到变量text中。这里采用了双层循环结构。将图片先按的从左到右的顺序，即第一层循环for x in range(width)，再按从上到下的顺序，即第二层循环for y in range(height)，进行获取各个像素坐标，再由图像的getpixel()方法获取相应的灰度值。图片各个像素坐标的获取是实现自动化的关键步骤，抽象到位，方可解决复杂问题。这里对函数getchar()的调用，也体现了分解问题的思维方法。首先解决了一个灰度值返回一个字符的问题，然后，再解决逐个的灰度值获取字符的问题。这两段代码是本例的精华，起到培养学生计算思维的关键。
fo = open('nxz2.txt', 'w') fo.write(text) fo.close()	将字符画保存到一个文本文件中，这里文本文件的名称为nxz2.txt