跟我学算法- tensorflow 卷积神经网络训练验证码
使用captcha.image.Image 生成随机验证码,随机生成的验证码为0到9的数字,验证码有4位数字组成,这是一个自己生成验证码,自己不断训练的模型
使用三层卷积层,三层池化层,二层全连接层来进行组合
第一步:定义生成随机验证码图片
number = ['','','','','','','','','','']
# alphabet = ['a','b','c','d','e','f','g','h','i','j','k','l','m','n','o','p','q','r','s','t','u','v','w','x','y','z']
# ALPHABET = ['A','B','C','D','E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W','X','Y','Z'] def random_captcha_text(char_set=number, captha_size=4):
captha_texts = []
for i in range(captha_size):
# 随机抽取数字,添加到列表中
captha_texts.append(random.choice(char_set))
return captha_texts def gen_captcha_text_and_image():
image = ImageCaptcha()
captcha_texts = random_captcha_text()
# 列表转换为字符串
captcha_texts = ''.join(captcha_texts)
# 产生图片
captcha = image.generate(captcha_texts)
captcha_image = Image.open(captcha)
captcha_image = np.array(captcha_image)
# 返回字符串和图片
return captcha_texts, captcha_image
第二步: 生成训练样本
# 把彩图转换为灰度图
def convert2gray(image):
if len(image.shape)> 2:
grey = np.mean(image, -1)
return grey
else:
return image
# 把文本转换为可用的标签维度是40
def text2vec(text):
text_len = len(text)
int(text[0])
if text_len > MAX_CAPTCHA:
raise ValueError('验证码最长4个字符')
vec = np.zeros(MAX_CAPTCHA*CHAR_SET_LEN)
for index, c in enumerate(text): now_index = index * CHAR_SET_LEN + int(c.strip())
vec[now_index] = 1
return vec
# 生成训练样本
def get_next_batch(batch_size=128):
batch_x = np.zeros([batch_size, IMAGE_HEIGHT*IMAGE_WEIGHT])
batch_y = np.zeros([batch_size, MAX_CAPTCHA*CHAR_SET_LEN])
# 有时候生成的图像大小不是(60, 160, 3), 重新生成
def wrap_gen_captcha_text_and_image():
text, image = gen_captcha_text_and_image()
while True:
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)
# 转换成的一维的灰度图,使得其范围为(0, 1)
batch_x[i, :] = image.flatten() / 255 # (image.flatten()-128)/128 mean为0
# 把输入的文本转换为标签类型
batch_y[i, :] = text2vec(text) return batch_x, batch_y
第三步: 定义CNN,这里的CNN为3层卷积,3层池化, 2层全连接
# 定义CNN
def crack_captcha_cnn(w_alpha=0.01, b_alpha=0.1):
# [-1, IMAGE_HEIGHT, IMAGE_WEIGHT, 1] -1表示batch_size,1表示样本深度,也就是RGB通道的个数
x = tf.reshape(X, [-1, IMAGE_HEIGHT, IMAGE_WEIGHT, 1]) # 创建w_c1和b_c1的初始化变量
w_c1 = tf.Variable(w_alpha*tf.random_normal([3, 3, 1, 32]))
b_c1 = tf.Variable(b_alpha*tf.random_normal([32]))
# 进行卷积操作
conv1 = tf.nn.relu(tf.nn.bias_add(tf.nn.conv2d(x, w_c1, strides=(1, 1, 1, 1), padding='SAME'), b_c1))
# 进行池化操作
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) # 第一个全连接层
#8*20*64表示conv3的维度, 60/2/2/2 = 8 160/2/2/2=20
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]])
print(tf.matmul(dense, w_d).shape, b_d.shape)
dense = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(dense, w_d), b_d))
dense = tf.nn.dropout(dense, keep_prob) # 第二个全连接层, 不需要激活层
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
第四步: 定义训练CNN函数
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)
accr = tf.reduce_mean(tf.cast(correct_pred, tf.float32)) saver = tf.train.Saver()
with tf.Session() as sess:
#变量初始化
sess.run(tf.global_variables_initializer())
step = 0
# 让它一直都训练直到精度大于0.5
while True:
# 生成64个样本
batch_x, batch_y = get_next_batch(batch_size=64)
__, _loss = sess.run([optimizer, loss], feed_dict={X:batch_x, Y:batch_y, keep_prob: 0.75})
print(step, _loss) # 每一百次循环计算一次返回值
if step%100 == 0 :
batch_text_x, batch_text_y = get_next_batch(batch_size=128)
acc = sess.run(accr, feed_dict={X:batch_text_x, Y:batch_text_y, keep_prob:1.})
print(acc)
# 如果准确率大于0.5就保存模型
if acc > 0.5:
saver.save(sess, '.model/crack_captcha/model')
break
step += 1
第五步: 定义训练好后的预测模型
# 用于训练好后的模型进行预测
def crack_captcha(captcha_image): output = crack_captcha_cnn()
# 初始化保存数据
saver = tf.train.Saver()
with tf.Session() as sess:
# 重新加载sess
saver.restore(sess, '.model/crack_captcha/model') predict = tf.reshape(output, [-1, MAX_CAPTCHA, CHAR_SET_LEN], 2)
# 获得CNN之后的结果
text_list = sess.run(predict, feed_dict={X:[captcha_image], keep_prob:1})
# 让输出结果变成一个列表
text = text_list[0].tolist()
return text
第六步:主要函数用来进行训练,或者测试
if __name__ == '__main__':
#获得文本和图片
train = 0
# 当train=0时进行训练
if train==0:
number = ['', '', '', '', '', '', '', '', '', '']
text, image = gen_captcha_text_and_image() IMAGE_HEIGHT = 60
IMAGE_WEIGHT = 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_WEIGHT])
Y = tf.placeholder(tf.float32, [None, MAX_CAPTCHA*CHAR_SET_LEN])
keep_prob = tf.placeholder(tf.float32) train_crack_captcha_cnn()
# 当trian=1时进行测试
elif train == 1:
text, image = gen_captcha_text_and_image()
# 将模型转换为灰度图以后再进行测试
image = convert2gray(image)
image = image.flatten() / 255
IMAGE_HEIGHT = 60
IMAGE_WEIGHT = 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_WEIGHT])
Y = tf.placeholder(tf.float32, [None, MAX_CAPTCHA * CHAR_SET_LEN])
keep_prob = tf.placeholder(tf.float32)
pred_text = crack_captcha(image)
print('真实值', text, '测试值', pred_text)
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