新年新气象，100行 Python 代码制作动态鞭炮

news2024/12/24 2:22:54

放鞭炮贺新春，在我国有两千多年历史。关于鞭炮的起源，有个有趣的传说。

西方山中有焉，长尺余，一足，性不畏人。犯之令人寒热，名曰年惊惮，后人遂象其形，以火药为之。——《神异经》

当初人们燃竹而爆，是为了驱吓危害人们的山魈。据说山魈最怕火光和响声，所以每到除夕，人们便“燃竹而爆”，把山魈吓跑。这样年复一年，便形成了过年放鞭炮、点红烛、敲锣打鼓欢庆新春的年俗。

新年新气象，今天就用代码来制作一个动态鞭炮，效果如下所示。

动态鞭炮的基本原理是：将一个录制好的鞭炮视频以字符画的形式复现，基本步骤是帧采样 → 逐帧转换为字符画 → 字符画合成视频。下面开始吧！

1、视频帧采样

函数如下所示，主要功能是将视频的图像流逐帧保存到特定的缓存文件夹中(若该文件夹不存在会自动创建)。函数输入vp是openCV视频句柄，输出number是转换的图片数。

def video2Pic(vp):
    number = 0
    if vp.isOpened():
        r,frame = vp.read()
        if not os.path.exists('cachePic'):
            os.mkdir('cachePic')
        os.chdir('cachePic')
    else:
        r = False
    while r:
        number += 1
        cv2.imwrite(str(number)+'.jpg',frame)
        r,frame = vp.read()
    os.chdir("..")
    return number

2、将图片转为字符画

2.1 创建像素-字符索引

函数输入像素RGBA值，输出对应的字符码。其原理是将字符均匀地分布在整个灰度范围内，像素灰度值落在哪个区间就对应哪个字符码。字符码可以参考 ASCII码

ASCII 码使用指定的7 位或8 位二进制数组合来表示128 或256 种可能的字符。标准ASCII 码也叫基础ASCII码，使用7 位二进制数（剩下的1位二进制为0）来表示所有的大写和小写字母，数字0 到9、标点符号，以及在美式英语中使用的特殊控制字符。其中：0～31及127(共33个)是控制字符或通信专用字符（其余为可显示字符），如控制符：LF（换行）、CR（回车）、FF（换页）、DEL（删除）、BS（退格)、BEL（响铃）等；通信专用字符：SOH（文头）、EOT（文尾）、ACK（确认）等；ASCII值为8、9、10 和13 分别转换为退格、制表、换行和回车字符。它们并没有特定的图形显示，但会依不同的应用程序，而对文本显示有不同的影响。

RGBA是代表Red(红色)、Green(绿色)、Blue(蓝色)和Alpha的色彩空间，Alpha通道一般用作不透明度参数。如果一个像素的alpha通道数值为0%，那它就是完全透明的，而数值为100%则意味着一个完全不透明的像素（传统的数字图像）。gray=0.2126 * r + 0.7152 * g + 0.0722 * b是RGB转为灰度值的经验公式，人眼对绿色更敏感。

def color2Char(r,g,b,alpha = 256):
    imgChar= list("#RMNHQODBWGPZ*@$C&98?32I1>!:-;. ")
    if alpha:
      gray = int(0.2126 * r + 0.7152 * g + 0.0722 * b)
      unit = 256 / len(imgChar)
      return imgChar[int(gray / unit)]
    else:
      return ''

2.2 将图片逐像素转换为字符

核心代码如下，遍历图片的每个像素

 img = Image.open(imagePath).convert('RGB').resize((imgWidth, imgHeight),Image.NEAREST)
    for i in range(imgHeight):
        for j in range(imgWidth):
            pixel = img.getpixel((j, i))
            color.append((pixel[0],pixel[1],pixel[2]))
            txt = txt + color2Char(pixel[0], pixel[1], pixel[2], pixel[3]) if len(pixel) == 4 else \
                  txt + color2Char(pixel[0], pixel[1], pixel[2]) 
        txt += '\n'
        color.append((255,255,255))

3、将字符图像合成视频

输入参数vp是openCV视频句柄，number是帧数，savePath是视频保存路径，函数中 MP42 是可以生成较小并且较小的视频文件的编码方式，其他类似的还有isom、mp41、avc1、qt等，表示“最好”基于哪种格式来解析当前的文件。

    img = Image.open(imagePath).convert('RGB').resize((imgWidth, imgHeight),Image.NEAREST)
    for i in range(imgHeight):
        for j in range(imgWidth):
            pixel = img.getpixel((j, i))
            color.append((pixel[0],pixel[1],pixel[2]))
            txt = txt + color2Char(pixel[0], pixel[1], pixel[2], pixel[3]) if len(pixel) == 4 else \
                  txt + color2Char(pixel[0], pixel[1], pixel[2]) 
        txt += '\n'
        color.append((255,255,255))

4、完整代码

import cv2 
from PIL import Image,ImageFont,ImageDraw
import os
from cv2 import VideoWriter, VideoWriter_fourcc

'''
* @breif: 将像素颜色转换为ASCII字符
* @param[in]: 像素RGBA值
* @retval: 字符
'''
def color2Char(r,g,b,alpha = 256):
    imgChar = list("#RMNHQODBWGPZ*@$C&98?32I1>!:-;. ")
    if alpha:
      gray = int(0.2126 * r + 0.7152 * g + 0.0722 * b)
      unit = 256 / len(imgChar)
      return imgChar[int(gray / unit)]
    else:
      return ''
 
'''
* @breif: 将视频逐帧转换为图片
* @param[in]: vp -> openCV视频句柄
* @retval: number -> 转换的图片数
'''
def video2Pic(vp):
    number = 0
    if vp.isOpened():
        r,frame = vp.read()
        if not os.path.exists('cachePic'):
            os.mkdir('cachePic')
        os.chdir('cachePic')
    else:
        r = False
    while r:
        number += 1
        cv2.imwrite(str(number)+'.jpg',frame)
        r,frame = vp.read()
    os.chdir("..")
    return number
 
'''
* @breif: 将图片逐像素转换为ASCII字符
* @param[in]: imagePath -> 图片路径
* @param[in]: index -> 图片索引
* @retval: None
'''
def img2Char(imagePath, index):
    # 初始化
    txt, color, font = '', [], ImageFont.load_default().font
    imgWidth, imgHeight = Image.open(imagePath).size
    asciiImg = Image.new("RGB",(imgWidth, imgHeight), (255,255,255))
    drawPtr = ImageDraw.Draw(asciiImg)
    imgWidth, imgHeight = int(imgWidth / 6), int(imgHeight / 15)

    # 对图像帧逐像素转化为ASCII字符并记录RGB值
    img = Image.open(imagePath).convert('RGB').resize((imgWidth, imgHeight),Image.NEAREST)
    for i in range(imgHeight):
        for j in range(imgWidth):
            pixel = img.getpixel((j, i))
            color.append((pixel[0],pixel[1],pixel[2]))
            txt = txt + color2Char(pixel[0], pixel[1], pixel[2], pixel[3]) if len(pixel) == 4 else \
                  txt + color2Char(pixel[0], pixel[1], pixel[2]) 
        txt += '\n'
        color.append((255,255,255))
    
    # 绘制ASCII字符画并保存
    x, y = 0,0
    fontW, fontH = font.getsize(txt[1])
    fontH *= 1.37
    for i in range(len(txt)):
        if(txt[i]=='\n'):
            x += fontH
            y = -fontW
        drawPtr.text((y,x), txt[i], fill=color[i])
        y += fontW
    os.chdir('cacheChar')
    asciiImg.save(str(index)+'.jpg')
    os.chdir("..")

'''
* @breif: 将视频转换为ASCII图像集
* @param[in]: number -> 帧数
* @retval: None
''' 
def video2Char(number):
    if not os.path.exists('cacheChar'):
        os.mkdir('cacheChar')
    img_path_list = ['cachePic' + r'/{}.jpg'.format(i) for i in range(1, number + 1)] 
    task = 0
    for imagePath in img_path_list:
        task += 1
        img2Char(imagePath, task)

'''
* @breif: 将图像合成视频
* @param[in]: vp -> openCV视频句柄
* @param[in]: number -> 帧数
* @param[in]: savePath -> 视频保存路径
* @retval: None
'''  
def img2Video(vp, number, savePath):
    videoFourcc = VideoWriter_fourcc(*"MP42")  # 设置视频编码器
    asciiImgPathList = ['cacheChar' + r'/{}.jpg'.format(i) for i in range(1, number + 1)]
    asciiImgTemp = Image.open(asciiImgPathList[1]).size
    videoWritter= VideoWriter(savePath, videoFourcc, vp.get(cv2.CAP_PROP_FPS), asciiImgTemp)
    for imagePath in asciiImgPathList:
        videoWritter.write(cv2.imread(imagePath))
    videoWritter.release()
    
if __name__ == '__main__': 
  videoPath = 'test.mp4'
  savePath = 'new.avi'
  vp = cv2.VideoCapture(videoPath)
  number = video2Pic(vp)
  video2Char(number)
  img2Video(vp, number, savePath)
  vp.release()