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验证码模型训练与识别

时间：2023-05-28 23:23:01浏览次数：37  
标签：nn text 模型 random 验证码 captcha tf 识别 image

1. 训练模型代码

import numpy as np
import tensorflow as tf 
# import tensorflow.compat.v1 as tf
# tf.disable_v2_behavior()
from captcha.image import ImageCaptcha
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from PIL import Image
import random
number = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9']


def random_captcha_text(char_set=number, captcha_size=4):
    captcha_text = []
    for i in range(captcha_size):
        c = random.choice(char_set)
        captcha_text.append(c)
    return captcha_text

def gen_captcha_text_and_image():
    image = ImageCaptcha()
    captcha_text = random_captcha_text()
    captcha_text = ''.join(captcha_text)
    captcha = image.generate(captcha_text)
    captcha_image = Image.open(captcha)
    captcha_image = np.array(captcha_image)
    return captcha_text, captcha_image

def convert2gray(img):
    if len(img.shape) > 2:
        gray = np.mean(img, -1)
        # 上面的转法较快，正规转法如下
        # r, g, b = img[:,:,0], img[:,:,1], img[:,:,2]
        # gray = 0.2989 * r + 0.5870 * g + 0.1140 * b
        return gray
    else:
        return img

def text2vec(text):
    text_len = len(text)
    if text_len > MAX_CAPTCHA:
        raise ValueError('验证码最长4个字符')
    vector = np.zeros(MAX_CAPTCHA * CHAR_SET_LEN)
    for i, c in enumerate(text):
        idx = i * CHAR_SET_LEN + int(c)
        vector[idx] = 1
    return vector


# 向量转回文本
def vec2text(vec):
    text = []
    char_pos = vec.nonzero()[0]# nunzero函数是找出矩阵中非零元素的位置,返回一个元组，每个元素为列表，前一个列表存放非零行坐标，后一个列表存放非零元素列坐标
    for i, c in enumerate(char_pos):
        number = i % 10
        text.append(str(number))

    return "".join(text)


# 生成一个训练batch
def get_next_batch(batch_size=128):
    batch_x = np.zeros([batch_size, IMAGE_HEIGHT * IMAGE_WIDTH])
    batch_y = np.zeros([batch_size, MAX_CAPTCHA * CHAR_SET_LEN])
    # 有时生成图像大小不是(60, 160, 3)
    def wrap_gen_captcha_text_and_image():
        while True:
            text, image = gen_captcha_text_and_image()
            if image.shape == (60, 160, 3):
                return text, image
    for i in range(batch_size):
        text, image = wrap_gen_captcha_text_and_image()
        image = convert2gray(image)
        batch_x[i, :] = image.flatten() / 255  # (image.flatten()-128)/128  mean为0
        batch_y[i, :] = text2vec(text)
    return batch_x, batch_y


# 定义CNN
def crack_captcha_cnn(w_alpha=0.01, b_alpha=0.1):
    x = tf.reshape(X, shape=[-1, IMAGE_HEIGHT, IMAGE_WIDTH, 1])
    # 3 conv layer
    w_c1 = tf.Variable(w_alpha * tf.random_normal([3, 3, 1, 32]))#卷积核的参数3x3，深度为1（灰度），32个filter生成32个特征图
    b_c1 = tf.Variable(b_alpha * tf.random_normal([32]))
    conv1 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(tf.nn.conv2d(x, w_c1, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME'), b_c1))
    conv1 = tf.nn.max_pool(conv1, ksize=[1, 2, 2, 1], strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')
    conv1 = tf.nn.dropout(conv1, keep_prob)

    w_c2 = tf.Variable(w_alpha * tf.random_normal([3, 3, 32, 64]))
    b_c2 = tf.Variable(b_alpha * tf.random_normal([64]))
    conv2 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(tf.nn.conv2d(conv1, w_c2, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME'), b_c2))
    conv2 = tf.nn.max_pool(conv2, ksize=[1, 2, 2, 1], strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')
    conv2 = tf.nn.dropout(conv2, keep_prob)

    w_c3 = tf.Variable(w_alpha * tf.random_normal([3, 3, 64, 64]))
    b_c3 = tf.Variable(b_alpha * tf.random_normal([64]))
    conv3 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(tf.nn.conv2d(conv2, w_c3, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME'), b_c3))
    conv3 = tf.nn.max_pool(conv3, ksize=[1, 2, 2, 1], strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')
    conv3 = tf.nn.dropout(conv3, keep_prob)

    # Fully connected layer
    w_d = tf.Variable(w_alpha * tf.random_normal([8 * 20 * 64, 1024]))
    b_d = tf.Variable(b_alpha * tf.random_normal([1024]))
    dense = tf.reshape(conv3, [-1, w_d.get_shape().as_list()[0]])
    dense = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(dense, w_d), b_d))
    dense = tf.nn.dropout(dense, keep_prob)

    w_out = tf.Variable(w_alpha * tf.random_normal([1024, MAX_CAPTCHA * CHAR_SET_LEN]))
    b_out = tf.Variable(b_alpha * tf.random_normal([MAX_CAPTCHA * CHAR_SET_LEN]))
    out = tf.add(tf.matmul(dense, w_out), b_out)
    return out


# 训练
def train_crack_captcha_cnn():
    output = crack_captcha_cnn()
    loss = tf.reduce_mean(tf.nn.sigmoid_cross_entropy_with_logits(logits=output, labels=Y))
    optimizer = tf.train.AdamOptimizer(learning_rate=0.001).minimize(loss)
    predict = tf.reshape(output, [-1, MAX_CAPTCHA, CHAR_SET_LEN])
    max_idx_p = tf.argmax(predict, 2)
    max_idx_l = tf.argmax(tf.reshape(Y, [-1, MAX_CAPTCHA, CHAR_SET_LEN]), 2)
    correct_pred = tf.equal(max_idx_p, max_idx_l)
    accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_pred, tf.float32))

    saver = tf.train.Saver()
    with tf.Session() as sess:
        sess.run(tf.global_variables_initializer())
        step = 0
        while True:
            batch_x, batch_y = get_next_batch(64)
            _, loss_ = sess.run([optimizer, loss], feed_dict={X: batch_x, Y: batch_y, keep_prob: 0.75})
            print(step, loss_)
            # 每100 step计算一次准确率
            if step % 10 == 0:
                batch_x_test, batch_y_test = get_next_batch(100)
                acc = sess.run(accuracy, feed_dict={X: batch_x_test, Y: batch_y_test, keep_prob: 1.})
                print(step, acc)
                # 如果准确率大于90%,保存模型,完成训练
                if acc > 0.90:
                    saver.save(sess, "./model/crack_capcha.model", global_step=step)
                    break

            step += 1


def crack_captcha(captcha_image):
    output = crack_captcha_cnn()
    saver = tf.train.Saver()
    with tf.Session() as sess:
        saver.restore(sess, "./model/crack_capcha.model-810")
        predict = tf.argmax(tf.reshape(output, [-1, MAX_CAPTCHA, CHAR_SET_LEN]), 2)
        text_list = sess.run(predict, feed_dict={X: [captcha_image], keep_prob: 1})
        text = text_list[0].tolist()
        return text


if __name__ == '__main__':
    number = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9']
    text, image = gen_captcha_text_and_image()
    print("验证码图像channel:", image.shape)  # (60, 160, 3)
    # 图像大小
    IMAGE_HEIGHT = 60
    IMAGE_WIDTH = 160
    MAX_CAPTCHA = len(text)
    print("验证码文本最长字符数", MAX_CAPTCHA)
    char_set = number
    CHAR_SET_LEN = len(char_set)
    X = tf.placeholder(tf.float32, [None, IMAGE_HEIGHT * IMAGE_WIDTH])
    Y = tf.placeholder(tf.float32, [None, MAX_CAPTCHA * CHAR_SET_LEN])
    keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)  # dropout
    train_crack_captcha_cnn()

 

2.  测试代码

import numpy as np
import tensorflow as tf
# import tensorflow.compat.v1 as tf
# tf.disable_v2_behavior()
from captcha.image import ImageCaptcha
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
from PIL import Image
import random
import cv2
number = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9']


def random_captcha_text(char_set=number, captcha_size=4):
    captcha_text = []
    for i in range(captcha_size):
        c = random.choice(char_set)
        captcha_text.append(c)
    return captcha_text


def gen_captcha_text_and_image():
    image = ImageCaptcha()

    captcha_text = random_captcha_text()
    captcha_text = ''.join(captcha_text)

    captcha = image.generate(captcha_text)
    # image.write(captcha_text, captcha_text + '.jpg')

    captcha_image = Image.open(captcha)
    captcha_image = np.array(captcha_image)
    return captcha_text, captcha_image


def convert2gray(img):
    if len(img.shape) > 2:
        gray = np.mean(img, -1)
        # 上面的转法较快，正规转法如下
        # r, g, b = img[:,:,0], img[:,:,1], img[:,:,2]
        # gray = 0.2989 * r + 0.5870 * g + 0.1140 * b
        return gray
    else:
        return img


def text2vec(text):
    text_len = len(text)
    if text_len > MAX_CAPTCHA:
        raise ValueError('验证码最长4个字符')

    vector = np.zeros(MAX_CAPTCHA * CHAR_SET_LEN)

    for i, c in enumerate(text):
        idx = i * CHAR_SET_LEN + int(c)
        vector[idx] = 1
    return vector


# 向量转回文本
def vec2text(vec):
    text = []
    char_pos = vec.nonzero()[0]# nunzero函数是找出矩阵中非零元素的位置,返回一个元组，每个元素为列表，前一个列表存放非零行坐标，后一个列表存放非零元素列坐标
    for i, c in enumerate(char_pos):
        number = i % 10
        text.append(str(number))

    return "".join(text)

# 定义CNN
def crack_captcha_cnn(w_alpha=0.01, b_alpha=0.1):
    x = tf.reshape(X, shape=[-1, IMAGE_HEIGHT, IMAGE_WIDTH, 1])
    # 3 conv layer
    w_c1 = tf.Variable(w_alpha * tf.random_normal([3, 3, 1, 32]))#卷积核的参数3x3，深度为1（灰度），32个filter生成32个特征图
    b_c1 = tf.Variable(b_alpha * tf.random_normal([32]))
    conv1 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(tf.nn.conv2d(x, w_c1, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME'), b_c1))
    conv1 = tf.nn.max_pool(conv1, ksize=[1, 2, 2, 1], strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')
    conv1 = tf.nn.dropout(conv1, keep_prob)

    w_c2 = tf.Variable(w_alpha * tf.random_normal([3, 3, 32, 64]))
    b_c2 = tf.Variable(b_alpha * tf.random_normal([64]))
    conv2 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(tf.nn.conv2d(conv1, w_c2, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME'), b_c2))
    conv2 = tf.nn.max_pool(conv2, ksize=[1, 2, 2, 1], strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')
    conv2 = tf.nn.dropout(conv2, keep_prob)

    w_c3 = tf.Variable(w_alpha * tf.random_normal([3, 3, 64, 64]))
    b_c3 = tf.Variable(b_alpha * tf.random_normal([64]))
    conv3 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(tf.nn.conv2d(conv2, w_c3, strides=[1, 1, 1, 1], padding='SAME'), b_c3))
    conv3 = tf.nn.max_pool(conv3, ksize=[1, 2, 2, 1], strides=[1, 2, 2, 1], padding='SAME')
    conv3 = tf.nn.dropout(conv3, keep_prob)

    # Fully connected layer
    w_d = tf.Variable(w_alpha * tf.random_normal([8 * 20 * 64, 1024]))
    b_d = tf.Variable(b_alpha * tf.random_normal([1024]))
    dense = tf.reshape(conv3, [-1, w_d.get_shape().as_list()[0]])
    dense = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(dense, w_d), b_d))
    dense = tf.nn.dropout(dense, keep_prob)

    w_out = tf.Variable(w_alpha * tf.random_normal([1024, MAX_CAPTCHA * CHAR_SET_LEN]))
    b_out = tf.Variable(b_alpha * tf.random_normal([MAX_CAPTCHA * CHAR_SET_LEN]))
    out = tf.add(tf.matmul(dense, w_out), b_out)
    return out


def crack_captcha(captcha_image):
    output = crack_captcha_cnn()
    saver = tf.train.Saver()
    with tf.Session() as sess:
        saver.restore(sess, "./model/crack_capcha.model-3150")

        predict = tf.argmax(tf.reshape(output, [-1, MAX_CAPTCHA, CHAR_SET_LEN]), 2)
        text_list = sess.run(predict, feed_dict={X: [captcha_image], keep_prob: 1})
        text = text_list[0].tolist()
        return text


if __name__ == '__main__':
    # captcha_text, captcha_image = gen_captcha_text_and_image()
    # cv2.imwrite('./images/yzm2.jpg', captcha_image)#先生成几张图片
    image = cv2.imread('./images/yzm.jpg')
    print(image.shape)
    cv2.imshow('yzm', image)
    cv2.waitKey(0)
    number = ['0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7', '8', '9']
    IMAGE_HEIGHT = 60
    IMAGE_WIDTH = 160
    char_set = number
    CHAR_SET_LEN = len(char_set)
    MAX_CAPTCHA = 4
    image = convert2gray(image)
    image = image.flatten() / 255
    X = tf.placeholder(tf.float32, [None, IMAGE_HEIGHT * IMAGE_WIDTH])
    Y = tf.placeholder(tf.float32, [None, MAX_CAPTCHA * CHAR_SET_LEN])
    keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)  # dropout
    predict_text = crack_captcha(image)
    print(predict_text)

 

小结：使用自己的CPU，花费了2个半小时左右，刚开始时，准确率一直为0.1左右浮动，一直以为代码问题，或者模型层数不够，继续等待，直到训练1700次个batch后，准确率才慢慢开始上升。本文未对代码做详细分析，需要工程代码或是训练好的模型可以留言，如果想使用GPU训练模型，自己电脑又没有，可以考虑谷歌的colab，一定时长内可以免费使用GPU、TPU，具体找个视频很容易上手。

 

　　不足或错误之处，欢迎评论与指正！

标签：nn,text,模型,random,验证码,captcha,tf,识别,image
From： https://www.cnblogs.com/wancy/p/17439115.html

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