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教你一招使用ASCII字符生成图片

转载2021-07-22 15:51:300250
ASCII是基于拉丁字母的一套电脑编码系统,主要用于显示现代英语和其他西欧语言。其实ASCII字符不仅仅可以作为信息交换标准,还可以用它来生成图片,今天我们就来介绍介绍。

网上经常有一些字符做成的图片,比如这样:

这里写图片描述

细想一下,这里面主要运用到了几个知识,有:

  • 从图片解析出像素颜色(也就是通常说的RGB值)

  • 去色处理

  • 像素映射到字符

作为世界上最好的语言,用PHP实现有趣功能也是易如反掌。下面讲解一下具体实现。

1. 解析图片中的像素颜色

解析图片中的像素颜色,我们需要了解图片存储的格式,这里就以BMP图片为例。什么?网上找不到BMP图片?用QQ的截个图,保存成BMP就行了。

BMP图片并不是从文件的第1个字节开始就是像素数据,而是一个个14字节的文件头,保存着文件的元信息。紧挨着的是一个40字节的图片头结构,保存着图片相关的元信息。

详细列出文件头和图片头结构的每个字段,就有些太无聊了(详细的头信息可以参见附录)。想要解析图片的像素,只需要这 4 个信息:

  • 图片文件的总体大小 (文件的第3~6个字节)

  • 像素数据从文件的哪里开始 (11~14个字节处)

  • 图片的宽度和高度 (宽:19~22字节处、高:23~26字节处)

  • 图片的一个像素占几个字节 (29~30字节处)

想要解析出二进制中的数据,用 unpack() 结合 substr() 就能搞定:

$data = file_get_contents('image.bmp');$ret = unpack('v/Vsize/v/v/VpixelStart/V/Vwidth/Vheight/v/vbytePerPixel/V*6',
    substr($data, 0x0, 54));/**
 * $ret的内容:
 * array (
 *     'size' => 706554,
 *     'pixelStart' => 54,
 *     'width' => 500,
 *     'height' => 471,
 *     'bytePerPixel' => 24,
 * );
 */

2. 获得像素颜色以及去色

从上一节可以知道,我们想处理的图片,像素数据从文件的第54字节开始,每个像素数据占据24 bit。这24 bit中R(红)、G(绿)、B(蓝)的值各占8 bit(1字节)。

假如我想获得图片第 x 行,第 y 列的RGB值,那么对应的RGB值的位置应该这样计算:

像素(x, y)的 B 值偏移 = 像素数据开始位置 + 3 * (图片宽度 * x + y)
像素(x, y)的 G 值偏移 = 像素数据开始位置 + 3 * (图片宽度 * x + y) + 1
像素(x, y)的 R 值偏移 = 像素数据开始位置 + 3 * (图片宽度 * x + y) + 2

从式子中发现三原色的值是以BGR顺序排列的,不是通常的RGB顺序。

如果你按照这种方法,将像素按顺序一个个画在一张画布上,你会发现得到的图片是颠倒的,这是因为图片的像素信息是倒过来存储的,最左上角的像素实际位于文件的最末尾,所以想得到一张正过来的图片,像素数据应该这么取:

像素(x, y)的 B 值偏移 = 文件大小 - 3 * (图片宽度 * x + y) - 3
像素(x, y)的 G 值偏移 = 文件大小 - 3 * (图片宽度 * x + y) - 2
像素(x, y)的 R 值偏移 = 文件大小 - 3 * (图片宽度 * x + y) - 1

像素的颜色是取到了,但最终ascii图是黑白的,怎么进行去色呢?去色的算法有很多,这里就用最简单粗暴的:

新的R、G、B值 = [min(R, G, B) + max(R, G, B)] / 2;

黑白的像素,R、G、B都是一样的值,这个值可以称作像素的 明亮度

最终,取像素的操作可以定义成一个函数:

function getPixelColor($x, $y) {
    global $width, $size, $data;
    $b = ord($data[$size - 3 * ($width * $x + $y) - 3]);
    $g = ord($data[$size - 3 * ($width * $x + $y) - 2]);
    $r = ord($data[$size - 3 * ($width * $x + $y) - 1]);
    return (min($r, $g, $b) + max($r, $g, $b)) >> 1;
}

3. 像素到字符映射

到了最后一个环节,我们要将图片每个像素的深浅转换成ascii字符。ascii字符本身没有颜色深浅一说。但是如果你把”#”和”.”分别排列成100x100的正方形,从视觉上”#”会比”.”颜色更暗一点。

我们可以取若干个字符代表不同像素的明亮度,某个像素的明亮度处于某个区间时,就以相应等级的字符替换:

function getChar($colorValue) {
    $map = '@#mdohsy+/-:.` ';
    return $map[(int) ($colorValue / 18)];
}

还有一个问题:如果把每个像素都用一个字符替换的话,那么输出的字符图将会非常巨大。所以最好是用一个字符替代原图中 NxN 的像素块。整个像素块的明亮度,就取块中每个像素明亮度的均值。

以上问题都解决了,最后拿一张蒙娜丽莎的微笑来测试:

这里写图片描述

这里写图片描述

效果还不错:-)。如果终端背景是白色的,可以将表示明亮度的字符序列反过来:

// $map = '@#mdohsy+/-:.` ';
$map = ' `.:-/+yshodm#@'; // 反过来

附录

完整代码

<?php$data = file_get_contents('timg.bmp');$ret = unpack('v/Vsize/v/v/VpixelStart/V/Vwidth/Vheight/v/vbytePerPixel/V*6', substr($data, 0x0, 54));$size = $ret['size'];$offset = $ret['pixelStart'];$width = $ret['width'];$height = $ret['height'];$bitDepth = $ret['bytePerPixel'];$pixelLenPerChar = 4;$charImgWidth = (int) ($width / $pixelLenPerChar);$charImgHeight = (int) ($height / $pixelLenPerChar);for ($i = 0; $i !== $charImgHeight; $i++) {    $buf = '';    for ($j = 0; $j !== $charImgWidth; $j++) {        $sum = 0;        for ($k = 0; $k !== $pixelLenPerChar; $k++) {            for ($l = 0; $l !== $pixelLenPerChar; $l++) {                $sum += getPixelColor($pixelLenPerChar * $i + $k, $pixelLenPerChar * $j + $l);
            }
        }        $sum = (int) ($sum / $pixelLenPerChar / $pixelLenPerChar);        $buf = getChar($sum) . $buf;
    }    echo $buf . PHP_EOL;
}function getPixelColor($x, $y) {
    global $width, $size, $data;    $b = ord($data[$size - 3 * ($width * $x + $y) - 3]);    $g = ord($data[$size - 3 * ($width * $x + $y) - 2]);    $r = ord($data[$size - 3 * ($width * $x + $y) - 1]);    return (min($r, $g, $b) + max($r, $g, $b)) >> 1;
}function getChar($colorValue) {
    $map = '@#mdohsy+/-:.` ';    return $map[(int) ($colorValue / 18)];
}

BMP文件头格式

偏移大小(字节)含义本文中图片示例值
02固定为”BM”两个字符的编码0x42 0x4d
24文件大小0x000ac7fa
64保留字段,一般为 00x00000000
104像素数据起始处偏移0x00000036

BMP图片头格式

偏移大小(字节)含义本文中图片示例值
144图片头的大小(字节)0x00000028
184图片的宽度0x000001f4
224图片的高度0x000001d7
262图像的帧数(静态图都是1)0x0001
282一个像素占的比特位数0x0018
304保留字段,一般为 00x000000
344像素数据占用的总字节数0x000ac7c4
384保留字段,一般为 00x000000
424保留字段,一般为 00x000000
464保留字段,一般为 00x000000
504保留字段,一般为 00x000000

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