利用Tensorflow构建和训练自己的CNN来做简单的验证码识别方式

 更新时间:2020年4月22日 23:19  点击:2215

Tensorflow是目前最流行的深度学习框架,我们可以用它来搭建自己的卷积神经网络并训练自己的分类器,本文介绍怎样使用Tensorflow构建自己的CNN,怎样训练用于简单的验证码识别的分类器。本文假设你已经安装好了Tensorflow,了解过CNN的一些知识。

下面将分步介绍怎样获得训练数据,怎样使用tensorflow构建卷积神经网络,怎样训练,以及怎样测试训练出来的分类器

1. 准备训练样本

使用Python的库captcha来生成我们需要的训练样本,代码如下:

import sys 

import os 
import shutil 
import random 
import time 
#captcha是用于生成验证码图片的库,可以 pip install captcha 来安装它 
from captcha.image import ImageCaptcha 
 
#用于生成验证码的字符集 
CHAR_SET = ['0','1','2','3','4','5','6','7','8','9'] 
#字符集的长度 
CHAR_SET_LEN = 10 
#验证码的长度,每个验证码由4个数字组成 
CAPTCHA_LEN = 4 
 
#验证码图片的存放路径 
CAPTCHA_IMAGE_PATH = 'E:/Tensorflow/captcha/images/' 
#用于模型测试的验证码图片的存放路径,它里面的验证码图片作为测试集 
TEST_IMAGE_PATH = 'E:/Tensorflow/captcha/test/' 
#用于模型测试的验证码图片的个数,从生成的验证码图片中取出来放入测试集中 
TEST_IMAGE_NUMBER = 50 
 
#生成验证码图片,4位的十进制数字可以有10000种验证码 
def generate_captcha_image(charSet = CHAR_SET, charSetLen=CHAR_SET_LEN, captchaImgPath=CAPTCHA_IMAGE_PATH):   
  k = 0 
  total = 1 
  for i in range(CAPTCHA_LEN): 
    total *= charSetLen 
     
  for i in range(charSetLen): 
    for j in range(charSetLen): 
      for m in range(charSetLen): 
        for n in range(charSetLen): 
          captcha_text = charSet[i] + charSet[j] + charSet[m] + charSet[n] 
          image = ImageCaptcha() 
          image.write(captcha_text, captchaImgPath + captcha_text + '.jpg') 
          k += 1 
          sys.stdout.write("\rCreating %d/%d" % (k, total)) 
          sys.stdout.flush() 
           
#从验证码的图片集中取出一部分作为测试集,这些图片不参加训练,只用于模型的测试           
def prepare_test_set(): 
  fileNameList = []   
  for filePath in os.listdir(CAPTCHA_IMAGE_PATH): 
    captcha_name = filePath.split('/')[-1] 
    fileNameList.append(captcha_name) 
  random.seed(time.time()) 
  random.shuffle(fileNameList)  
  for i in range(TEST_IMAGE_NUMBER): 
    name = fileNameList[i] 
    shutil.move(CAPTCHA_IMAGE_PATH + name, TEST_IMAGE_PATH + name) 
             
if __name__ == '__main__': 
  generate_captcha_image(CHAR_SET, CHAR_SET_LEN, CAPTCHA_IMAGE_PATH) 
  prepare_test_set() 
  sys.stdout.write("\nFinished") 
  sys.stdout.flush()  

运行上面的代码,可以生成验证码图片,

生成的验证码图片如下图所示:

2. 构建CNN,训练分类器

代码如下:

import tensorflow as tf 
import numpy as np 
from PIL import Image 
import os 
import random 
import time 
 
#验证码图片的存放路径 
CAPTCHA_IMAGE_PATH = 'E:/Tensorflow/captcha/images/' 
#验证码图片的宽度 
CAPTCHA_IMAGE_WIDHT = 160 
#验证码图片的高度 
CAPTCHA_IMAGE_HEIGHT = 60 
 
CHAR_SET_LEN = 10 
CAPTCHA_LEN = 4 
 
#60%的验证码图片放入训练集中 
TRAIN_IMAGE_PERCENT = 0.6 
#训练集,用于训练的验证码图片的文件名 
TRAINING_IMAGE_NAME = [] 
#验证集,用于模型验证的验证码图片的文件名 

VALIDATION_IMAGE_NAME = [] 

#存放训练好的模型的路径 
MODEL_SAVE_PATH = 'E:/Tensorflow/captcha/models/' 
 
def get_image_file_name(imgPath=CAPTCHA_IMAGE_PATH): 
  fileName = [] 
  total = 0 
  for filePath in os.listdir(imgPath): 
    captcha_name = filePath.split('/')[-1] 
    fileName.append(captcha_name) 
    total += 1 
  return fileName, total 
   
#将验证码转换为训练时用的标签向量,维数是 40   
#例如,如果验证码是 ‘0296' ,则对应的标签是 
# [1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 
# 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 
# 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 
# 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0] 
def name2label(name): 
  label = np.zeros(CAPTCHA_LEN * CHAR_SET_LEN) 
  for i, c in enumerate(name): 
    idx = i*CHAR_SET_LEN + ord(c) - ord('0') 
    label[idx] = 1 
  return label 
   
#取得验证码图片的数据以及它的标签     
def get_data_and_label(fileName, filePath=CAPTCHA_IMAGE_PATH): 
  pathName = os.path.join(filePath, fileName) 
  img = Image.open(pathName) 
  #转为灰度图 
  img = img.convert("L")     
  image_array = np.array(img)   
  image_data = image_array.flatten()/255 
  image_label = name2label(fileName[0:CAPTCHA_LEN]) 
  return image_data, image_label 
   
#生成一个训练batch   
def get_next_batch(batchSize=32, trainOrTest='train', step=0): 
  batch_data = np.zeros([batchSize, CAPTCHA_IMAGE_WIDHT*CAPTCHA_IMAGE_HEIGHT]) 
  batch_label = np.zeros([batchSize, CAPTCHA_LEN * CHAR_SET_LEN]) 
  fileNameList = TRAINING_IMAGE_NAME 
  if trainOrTest == 'validate':     
    fileNameList = VALIDATION_IMAGE_NAME 
     
  totalNumber = len(fileNameList)  
  indexStart = step*batchSize   
  for i in range(batchSize): 
    index = (i + indexStart) % totalNumber 
    name = fileNameList[index]     
    img_data, img_label = get_data_and_label(name) 
    batch_data[i, : ] = img_data 
    batch_label[i, : ] = img_label  
 
  return batch_data, batch_label 
   
#构建卷积神经网络并训练 
def train_data_with_CNN(): 
  #初始化权值 
  def weight_variable(shape, name='weight'): 
    init = tf.truncated_normal(shape, stddev=0.1) 
    var = tf.Variable(initial_value=init, name=name) 
    return var 
  #初始化偏置   
  def bias_variable(shape, name='bias'): 
    init = tf.constant(0.1, shape=shape) 
    var = tf.Variable(init, name=name) 
    return var 
  #卷积   
  def conv2d(x, W, name='conv2d'): 
    return tf.nn.conv2d(x, W, strides=[1,1,1,1], padding='SAME', name=name) 
  #池化  
  def max_pool_2X2(x, name='maxpool'): 
    return tf.nn.max_pool(x, ksize=[1,2,2,1], strides=[1,2,2,1], padding='SAME', name=name)    
   
  #输入层 
  #请注意 X 的 name,在测试model时会用到它 
  X = tf.placeholder(tf.float32, [None, CAPTCHA_IMAGE_WIDHT * CAPTCHA_IMAGE_HEIGHT], name='data-input') 
  Y = tf.placeholder(tf.float32, [None, CAPTCHA_LEN * CHAR_SET_LEN], name='label-input')   
  x_input = tf.reshape(X, [-1, CAPTCHA_IMAGE_HEIGHT, CAPTCHA_IMAGE_WIDHT, 1], name='x-input') 
  #dropout,防止过拟合 
  #请注意 keep_prob 的 name,在测试model时会用到它 
  keep_prob = tf.placeholder(tf.float32, name='keep-prob') 
  #第一层卷积 
  W_conv1 = weight_variable([5,5,1,32], 'W_conv1') 
  B_conv1 = bias_variable([32], 'B_conv1') 
  conv1 = tf.nn.relu(conv2d(x_input, W_conv1, 'conv1') + B_conv1) 
  conv1 = max_pool_2X2(conv1, 'conv1-pool') 
  conv1 = tf.nn.dropout(conv1, keep_prob) 
  #第二层卷积 
  W_conv2 = weight_variable([5,5,32,64], 'W_conv2') 
  B_conv2 = bias_variable([64], 'B_conv2') 
  conv2 = tf.nn.relu(conv2d(conv1, W_conv2,'conv2') + B_conv2) 
  conv2 = max_pool_2X2(conv2, 'conv2-pool') 
  conv2 = tf.nn.dropout(conv2, keep_prob) 
  #第三层卷积 
  W_conv3 = weight_variable([5,5,64,64], 'W_conv3') 
  B_conv3 = bias_variable([64], 'B_conv3') 
  conv3 = tf.nn.relu(conv2d(conv2, W_conv3, 'conv3') + B_conv3) 
  conv3 = max_pool_2X2(conv3, 'conv3-pool') 
  conv3 = tf.nn.dropout(conv3, keep_prob) 
  #全链接层 
  #每次池化后,图片的宽度和高度均缩小为原来的一半,进过上面的三次池化,宽度和高度均缩小8倍 
  W_fc1 = weight_variable([20*8*64, 1024], 'W_fc1') 
  B_fc1 = bias_variable([1024], 'B_fc1') 
  fc1 = tf.reshape(conv3, [-1, 20*8*64]) 
  fc1 = tf.nn.relu(tf.add(tf.matmul(fc1, W_fc1), B_fc1)) 
  fc1 = tf.nn.dropout(fc1, keep_prob) 
  #输出层 
  W_fc2 = weight_variable([1024, CAPTCHA_LEN * CHAR_SET_LEN], 'W_fc2') 
  B_fc2 = bias_variable([CAPTCHA_LEN * CHAR_SET_LEN], 'B_fc2') 
  output = tf.add(tf.matmul(fc1, W_fc2), B_fc2, 'output') 
   
  loss = tf.reduce_mean(tf.nn.sigmoid_cross_entropy_with_logits(labels=Y, logits=output)) 
  optimizer = tf.train.AdamOptimizer(0.001).minimize(loss) 
   
  predict = tf.reshape(output, [-1, CAPTCHA_LEN, CHAR_SET_LEN], name='predict') 
  labels = tf.reshape(Y, [-1, CAPTCHA_LEN, CHAR_SET_LEN], name='labels') 
  #预测结果 
  #请注意 predict_max_idx 的 name,在测试model时会用到它 
  predict_max_idx = tf.argmax(predict, axis=2, name='predict_max_idx') 
  labels_max_idx = tf.argmax(labels, axis=2, name='labels_max_idx') 
  predict_correct_vec = tf.equal(predict_max_idx, labels_max_idx) 
  accuracy = tf.reduce_mean(tf.cast(predict_correct_vec, tf.float32)) 
   
  saver = tf.train.Saver() 
  with tf.Session() as sess: 
    sess.run(tf.global_variables_initializer()) 
    steps = 0 
    for epoch in range(6000): 
      train_data, train_label = get_next_batch(64, 'train', steps) 
      sess.run(optimizer, feed_dict={X : train_data, Y : train_label, keep_prob:0.75}) 
      if steps % 100 == 0: 
        test_data, test_label = get_next_batch(100, 'validate', steps) 
        acc = sess.run(accuracy, feed_dict={X : test_data, Y : test_label, keep_prob:1.0}) 
        print("steps=%d, accuracy=%f" % (steps, acc)) 
        if acc > 0.99: 
          saver.save(sess, MODEL_SAVE_PATH+"crack_captcha.model", global_step=steps) 
          break 
      steps += 1 
 
if __name__ == '__main__':   
  image_filename_list, total = get_image_file_name(CAPTCHA_IMAGE_PATH) 
  random.seed(time.time()) 
  #打乱顺序 
  random.shuffle(image_filename_list) 
  trainImageNumber = int(total * TRAIN_IMAGE_PERCENT) 
  #分成测试集 
  TRAINING_IMAGE_NAME = image_filename_list[ : trainImageNumber] 
  #和验证集 
  VALIDATION_IMAGE_NAME = image_filename_list[trainImageNumber : ] 
  train_data_with_CNN()   
  print('Training finished') 

运行上面的代码,开始训练,训练要花些时间,如果没有GPU的话,会慢些,

训练完后,输出如下结果,经过4100次的迭代,训练出来的分类器模型在验证集上识别的准确率为99.5%

生成的模型文件如下,在模型测试时将用到这些文件

3. 测试模型

编写代码,对训练出来的模型进行测试

import tensorflow as tf 

import numpy as np 
from PIL import Image 
import os 
import matplotlib.pyplot as plt  
 
CAPTCHA_LEN = 4 
 
MODEL_SAVE_PATH = 'E:/Tensorflow/captcha/models/' 
TEST_IMAGE_PATH = 'E:/Tensorflow/captcha/test/' 
 
def get_image_data_and_name(fileName, filePath=TEST_IMAGE_PATH): 
  pathName = os.path.join(filePath, fileName) 
  img = Image.open(pathName) 
  #转为灰度图 
  img = img.convert("L")     
  image_array = np.array(img)   
  image_data = image_array.flatten()/255 
  image_name = fileName[0:CAPTCHA_LEN] 
  return image_data, image_name 
 
def digitalStr2Array(digitalStr): 
  digitalList = [] 
  for c in digitalStr: 
    digitalList.append(ord(c) - ord('0')) 
  return np.array(digitalList) 
 
def model_test(): 
  nameList = [] 
  for pathName in os.listdir(TEST_IMAGE_PATH): 
    nameList.append(pathName.split('/')[-1]) 
  totalNumber = len(nameList) 
  #加载graph 
  saver = tf.train.import_meta_graph(MODEL_SAVE_PATH+"crack_captcha.model-4100.meta") 
  graph = tf.get_default_graph() 
  #从graph取得 tensor,他们的name是在构建graph时定义的(查看上面第2步里的代码) 
  input_holder = graph.get_tensor_by_name("data-input:0") 
  keep_prob_holder = graph.get_tensor_by_name("keep-prob:0") 
  predict_max_idx = graph.get_tensor_by_name("predict_max_idx:0") 
  with tf.Session() as sess: 
    saver.restore(sess, tf.train.latest_checkpoint(MODEL_SAVE_PATH)) 
    count = 0 
    for fileName in nameList: 
      img_data, img_name = get_image_data_and_name(fileName, TEST_IMAGE_PATH) 
      predict = sess.run(predict_max_idx, feed_dict={input_holder:[img_data], keep_prob_holder : 1.0})       
      filePathName = TEST_IMAGE_PATH + fileName 
      print(filePathName) 
      img = Image.open(filePathName) 
      plt.imshow(img) 
      plt.axis('off') 
      plt.show() 
      predictValue = np.squeeze(predict) 
      rightValue = digitalStr2Array(img_name) 
      if np.array_equal(predictValue, rightValue): 
        result = '正确' 
        count += 1 
      else:  
        result = '错误'       
      print('实际值:{}, 预测值:{},测试结果:{}'.format(rightValue, predictValue, result)) 
      print('\n') 
       
    print('正确率:%.2f%%(%d/%d)' % (count*100/totalNumber, count, totalNumber)) 
 
if __name__ == '__main__': 
  model_test() 

对模型的测试结果如下,在测试集上识别的准确率为 94%

下面是两个识别错误的验证码

以上这篇利用Tensorflow构建和训练自己的CNN来做简单的验证码识别方式就是小编分享给大家的全部内容了,希望能给大家一个参考,也希望大家多多支持猪先飞。

[!--infotagslink--]

相关文章

  • PHP 验证码不显示只有一个小红叉的解决方法

    最近想自学PHP ,做了个验证码,但不知道怎么搞的,总出现一个如下图的小红叉,但验证码就是显示不出来,原因如下 未修改之前,出现如下错误; (1)修改步骤如下,原因如下,原因是apache权限没开, (2)点击打开php.int., 搜索extension=ph...2013-10-04
  • JS实现随机生成验证码

    这篇文章主要为大家详细介绍了JS实现随机生成验证码,文中示例代码介绍的非常详细,具有一定的参考价值,感兴趣的小伙伴们可以参考一下...2021-09-06
  • jQuery Real Person验证码插件防止表单自动提交

    本文介绍的jQuery插件有点特殊,防自动提交表单的验证工具,就是我们经常用到的验证码工具,先给大家看看效果。效果图如下: 使用说明 需要使用jQuery库文件和Real Person库文件 同时需要自定义验证码显示的CSS样式 使用实例...2015-11-08
  • Jquery插件实现点击获取验证码后60秒内禁止重新获取

    通过jquery.cookie.js插件可以快速实现“点击获取验证码后60秒内禁止重新获取(防刷新)”的功能效果图:先到官网(http://plugins.jquery.com/cookie/)下载cookie插件,放到相应文件夹,代码如下:复制代码 代码如下: <!DOCTYPE ht...2015-03-15
  • php实现点击可刷新验证码

    验证码类文件 CreateImg.class.php <&#63;php class ValidationCode { private $width,$height,$codenum; public $checkcode; //产生的验证码 private $checkimage; //验证码图片 private $disturbColor = ''; /...2015-11-08
  • 基于JavaScript实现验证码功能

    这篇文章主要介绍了基于JavaScript实现验证码功能的相关资料...2017-04-03
  • 解决tensorflow训练时内存持续增加并占满的问题

    今天小编就为大家分享一篇解决tensorflow训练时内存持续增加并占满的问题,具有很好的参考价值,希望对大家有所帮助。一起跟随小编过来看看吧...2020-04-22
  • 单击按钮发送验证码,出现倒计时的简单实例

    下面小编就为大家带来一篇单击按钮发送验证码,出现倒计时的简单实例。小编觉得挺不错的,现在就分享给大家,也给大家做个参考。一起跟随小编过来看看吧 代码...2017-07-06
  • PHP验证码生成与验证例子

    验证码是一个现在WEB2.0中常见的一个功能了,像注册、登录又或者是留言页面,都需要注册码来验证当前操作者的合法性,我们会看到有些网站没有验证码,但那是更高级的验证了,...2016-11-25
  • 基于Pytorch版yolov5的滑块验证码破解思路详解

    这篇文章主要介绍了基于Pytorch版yolov5的滑块验证码破解思路详解,本文给大家介绍的非常详细,对大家的学习或工作具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下...2021-02-25
  • Bootstrap中文本框的宽度变窄并且加入一副验证码图片的实现方法

    这篇文章主要介绍了Bootstrap中文本框的宽度变窄并且加入一副验证码图片的实现方法的相关资料,非常不错,具有参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下...2016-06-24
  • 工信部的ICP备案网站登录时验证码一直输入不正确怎么回事

    工信部的ICP备案网站登录时验证码一直输入不正确怎么回事,为了防止一些机器采集人工信部对于查询验证做得识别度极低,所以许多的朋友都会发现输入验证码一直有问题了,那...2016-10-10
  • jQuery实现发送验证码控制按钮禁用功能

    最近接到新需求,需要实现一个点击发送验证码之后,按钮禁用,在5秒之后取消禁用,看似需求很简单,实现起来还真的好好动动脑筋,下面小编把jquery控制按钮禁用核心代码分享给大家,需要的朋友参考下吧...2021-07-24
  • win10安装tensorflow-gpu1.8.0详细完整步骤

    这篇文章主要介绍了win10安装tensorflow-gpu1.8.0详细完整步骤,本文给大家介绍的非常详细,具有一定的参考借鉴价值,需要的朋友可以参考下...2020-04-22
  • Web制作验证码功能实例代码

    web开发中,经常会使用验证码功能,例如登录、注册,或其他关键功能之前经常会使用。下面通过实例代码给大家介绍Web制作验证码功能实例代码,感兴趣的朋友一起看看吧...2017-06-24
  • macOS M1(AppleSilicon) 安装TensorFlow环境

    苹果为M1芯片的Mac提供了TensorFlow的支持,本文主要介绍了如何给使用M1芯片的macOS安装TensorFlow的环境,感兴趣的可以了解一下...2021-08-13
  • GoDaddy怎么开启手机验证码登录?

    GoDaddy怎么开启手机验证码登录?最近老听朋友说gd用户盗了,然后域名丢失了,今天 我们一起来看看关于GoDaddy开启手机验证码登录的教程. 给账户添加多重验证是为了账...2016-10-10
  • windows系统Tensorflow2.x简单安装记录(图文)

    这篇文章主要介绍了windows系统Tensorflow2.x简单安装记录(图文),文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧...2021-01-18
  • python网络爬虫实现发送短信验证码的方法

    这篇文章主要介绍了python网络爬虫实现发送短信验证码的方法,文中通过示例代码介绍的非常详细,对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,需要的朋友们下面随着小编来一起学习学习吧...2021-02-25
  • C#验证码识别基础方法实例分析

    这篇文章主要介绍了C#验证码识别基础方法实例分析,较为详细的总结了C#验证码的实现思路及具体步骤,并对实现思路进行了总结归纳,具有很好的实用价值,需要的朋友可以参考下...2020-06-25