開發必學的驗證碼，教你從零寫一個驗證碼

這周一寫了一篇《2000字諫言，給那些想學Python的人，建議收藏后細看！》給大家講了如何快速學習python。

其中就有說到我們為什么不要執迷於框架、模塊的調用，而要自己先去造輪子。那今天就給大家造一個。

驗證碼是web開發中不可缺少的元素，而python又提供了非常多的驗證碼模塊幫助大家快速生成各種驗證碼。

那你知道驗證碼生成的原理嗎？所謂知其然，還要知其所以然。面試中，面試官不會因為你對框架很熟悉就誇贊你。

那今天小胖就帶大家一層一層撥開驗證碼的衣服，看看其中的小奧秘 -<-

演示環境

• 操作系統：windows10
• python版本：python 3.7
• 代碼編輯器：pycharm 2018.2
• 使用第三方模塊：pillow

驗證碼的必須元素

1. 一張圖片
2. 文本
3. 干擾元素
   • 線條干擾
   • 小圓點干擾

熟悉pillow庫

我們既然需要使用pillow庫制作驗證碼，那么首先我們先來熟悉一下我們需要用到的方法。

1. Image.new(): 這個方法可以生成一張圖片，有三個參數。
   • mode:顏色空間模式，可以是'RGBA','RGB','L'等等模式
   • size:圖片尺寸，接收一個兩個整數的元祖
   • color:圖片的填充顏色，可以是red，green等，也可以是rgb的三個整數的元祖。也就是背景顏色

from PIL import Image

captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), (255,255,255))

上面代碼創建了一個億RGB為顏色空間模式，尺寸為1080*900，背景顏色為白色的圖片。

2. Image.save(): 保存圖片到本地
   • fp: 本地文件名
   • format: 可選參數，制定文件后綴名。

from PIL import Image

captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), (255,255,255))

# captcha.save('captcha.png')
captcha.save('captcha', format='png')

上面兩種方式保存效果是一樣的。

3. Image.show():顯示圖片，會調用電腦自帶的顯示圖片的軟件。

4. ImageFont.truetype(): 加載一個字體文件。生成一個字體對象。

from PIL import ImageFont
#                        字體文件路徑 字體大小
font = ImageFont.truetype('simkai.ttf', 16)

5. ImageDraw.Draw(): 生成畫筆對象。

from PIL import Image, ImageDraw

captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), 'red')
draw = ImageDraw.Draw(captcha)

上面就創建了一個在captcha這張圖片上的畫筆，我們在這個圖片上畫任何東西都會使用這個畫筆對象。

6. ImageDraw.Draw().text():在圖片上繪制給定的字符

from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont

captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), 'red')
font = ImageFont.truetype('simkai.ttf', 16)
draw = ImageDraw.Draw(captcha)

#      字符繪制位置  繪制的字符    制定字體      字符顏色
draw.text((0,0), 'hello world', font=font, fill='black')

7. ImageDraw.Draw().line():在圖片上繪制線條

from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont

captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), 'red')
draw = ImageDraw.Draw(captcha)

#         線條起點  線條終點
draw.line([(0,0),(1080,900)], fill='black')

8. ImageDraw.Draw().point(): 在圖片上繪制點

from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont

captcha = Image.new('RGB', (1080, 900), 'red')
font = ImageFont.truetype('simkai.ttf', 16)
draw = ImageDraw.Draw(captcha)

#           點的位置      顏色
draw.point((500,500), fill='black')

制作我們的驗證碼我們就會使用到上面的方法。當然，pillow肯定不止這些方法，這里我們就只列舉這些了。

制作驗證碼

1. 首先我們定義一個類，初始化一些需要的參數。

import string

class Captcha():
    '''
    captcha_size: 驗證碼圖片尺寸
    font_size: 字體大小
    text_number: 驗證碼中字符個數
    line_number: 線條個數
    background_color: 驗證碼的背景顏色
    sources: 取樣字符集。驗證碼中的字符就是隨機從這個里面選取的
    save_format: 驗證碼保存格式
    '''
    def __init__(self, captcha_size=(150,100), font_size=30,text_number=4, line_number=4, background_color=(255, 255, 255), sources=None, save_format='png'):
        self.text_number = text_number
        self.line_number = line_number
        self.captcha_size = captcha_size
        self.background_color = background_color
        self.font_size = font_size
        self.format = save_format
        if sources:
            self.sources = sources
        else:
            self.sources = string.ascii_letters + string.digits

這里說一下string模塊。

• string.ascii_letters: 得到a-zA-Z所有字符
• string.digits: 得到0-9所有數字

2. 隨機從sources獲取字符

import random

def get_text(self):
    text = random.sample(self.sources,k=self.text_number)
    return ''.join(text)

random.sample()方法：從第一個參數中隨機獲取字符。獲取個數有第二個參數指定。

3. 隨機獲取繪制字符的顏色

def get_font_color(self):
    font_color = (random.randint(0, 150), random.randint(0, 150), random.randint(0, 150))
    return font_color

4. 隨機獲取干擾線條的顏色

def get_line_color(self):
    line_color = (random.randint(0, 250), random.randint(0, 255), random.randint(0, 250))
    return line_color

5. 編寫繪制文字的方法

def draw_text(self,draw, text, font, captcha_width, captcha_height, spacing=20):
    '''
    在圖片上繪制傳入的字符
    :param draw: 畫筆對象
    :param text: 繪制的所有字符
    :param font: 字體對象
    :param captcha_width: 驗證碼的寬度 
    :param captcha_height: 驗證碼的高度
    :param spacing: 每個字符的間隙
    :return: 
    '''
    # 得到這一竄字符的高度和寬度
    text_width, text_height = font.getsize(text)
    # 得到每個字體的大概寬度
    every_value_width = int(text_width / 4)

    # 這一竄字符的總長度
    text_length = len(text)
    # 每兩個字符之間擁有間隙，獲取總的間隙
    total_spacing = (text_length-1) * spacing

    if total_spacing + text_width >= captcha_width:
        raise ValueError("字體加中間空隙超過圖片寬度!")
    
    # 獲取第一個字符繪制位置
    start_width = int( (captcha_width - text_width - total_spacing) / 2 )
    start_height = int( (captcha_height - text_height) / 2 )

    # 依次繪制每個字符
    for value in text:
        position = start_width, start_height
        print(position)
        # 繪制text
        draw.text(position, value, font=font, fill=self.get_font_color())
        # 改變下一個字符的開始繪制位置
        start_width = start_width + every_value_width + spacing

6. 繪制線條的方法

def draw_line(self, draw, captcha_width, captcha_height):
    '''
    繪制線條
    :param draw: 畫筆對象 
    :param captcha_width: 驗證碼的寬度 
    :param captcha_height: 驗證碼的高度
    :return: 
    '''
    # 隨機獲取開始位置的坐標
    begin = (random.randint(0,captcha_width/2), random.randint(0, captcha_height))
    # 隨機獲取結束位置的坐標
    end = (random.randint(captcha_width/2,captcha_width), random.randint(0, captcha_height))
    draw.line([begin, end], fill=self.get_line_color())

7. 繪制小圓點

def draw_point(self, draw, point_chance, width, height):
    '''
    繪制小圓點
    :param draw: 畫筆對象
    :param point_chance: 繪制小圓點的幾率 概率為 point_chance/100
    :param width: 驗證碼寬度
    :param height: 驗證碼高度
    :return:
    '''
    # 按照概率隨機繪制小圓點
    for w in range(width):
        for h in range(height):
            tmp = random.randint(0, 100)
            if tmp < point_chance:
                draw.point((w, h), fill=self.get_line_color())

8. 制作驗證碼

def make_captcha(self):
    # 獲取驗證碼的寬度， 高度
    width, height = self.captcha_size
    # 生成一張圖片
    captcha = Image.new('RGB',self.captcha_size,self.background_color)
    # 獲取字體對象
    font = ImageFont.truetype('simkai.ttf',self.font_size)
    # 獲取畫筆對象
    draw = ImageDraw.Draw(captcha)
    # 得到繪制的字符
    text = self.get_text(

    # 繪制字符
    self.draw_text(draw, text, font, width, height)

    # 繪制線條
    for i in range(self.line_number):
        self.draw_line(draw, width, height)

    # 繪制小圓點 10是概率 10/100， 10%的概率
    self.draw_point(draw,10,width,height)

    # 保存圖片
    captcha.save('captcha',format=self.format)
    # 顯示圖片
    captcha.show()

這樣，我們就生成了我們的圖片驗證碼了，效果圖.

代碼已全部上傳至Github：https://github.com/MiracleYoung/You-are-Pythonista/tree/master/PythonExercise/App/captcha_project

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