数学公式转图片：纯Python实现，可设置字体、字号、颜色和分辨率

写数学公式，数学实现色和功能最强大的公式当然是LaTex了。不过，转图置字强大不代表易用，片纯驾驭LaTex绝不是可设一件容易的事儿。这也不难理解：毕竟数学公式不是体字孤立存在的，必然要作为文档、号颜网页或者程序输出的分辨元素，如何无缝地让LaTex关联到文档、数学实现色和网页或程序，公式的转图置字确是个棘手的难题。

既然直接使用LaTex有难度，片纯那就退而求其次：借助于工具将数学公式转为图片，可设然后就可以方便地应用到文档、体字网页或者程序中了。号颜这样的工具，除了在线式的，基本上都是重量级的，安装和使用极不方便。我曾经花了11个C币从CSDN买过一个数学公式转图片的高防服务器工具，下载之后发现，竟然只是封装了一个http请求，图片仍然是在线生成的!一气之下，自己写了个离线的，只是功能比较简单，不能方便地设置输出图像的大小和颜色。

最近工作中又用到了LaTex，几经尝试，终于在matplotlib源码中发现了一个处理LaTex数学公式的好东西。稍加改造，增加了字体、字号、颜色和分辨率的设置，最终完美解决了LaTex数学公式转图片的问题。

1. 核心代码

先从最简单的开始吧。matplotlib有个mathtext子模块，提供了math_to_image函数可以直接将LaTex数学公式生成图片。下面的代码，仅仅两行，就将质能方程转成了图片。请注意，服务器托管LaTex数学公式一定要包含在两个$符号之间。

>>> from matplotlib import mathtext >>> mathtext.math_to_image(r$E=mc^2$, rd:\demo_1.png) 

生成的图片宽度55个像素，高度15个像素，分辨率为100dpi。这么迷你，看上去可怜巴巴的。

虽然指定了png格式，也确实存在透明通道，其背景却是不透明的。除了png格式外，math_to_image函数还支持eps, pdf, pgf, png, ps, raw, rgba, svg, svgz等格式，但不支持jpg格式。

2. 设置字体、字号、分辨率

要设置字体字号，就得先导入matplotlib的font_manager字体管理模块。该模块的FontProperties类可以实例化一个字体对象传给math_to_image函数，用来设置family(字体)、size(字号)和weight(笔画轻重)等。

math_to_image函数的dpi参数用于设置分辨率(每英寸像素数)。如果应用于网页的话，建议分辨率设置为72dpi就可以了，如果用于印刷，请将dpi设置为300。

>>> import matplotlib.font_manager as mfm >>> prop = mfm.FontProperties(family=sans-serif, size=64, weight=normal) >>> mathtext.math_to_image(r$E=mc^2$, rd:\demo_2.png, prop=prop, dpi=72) 

输出结果如下。云南idc服务商这次生成的图片终于不那么可怜了，宽度250个像素，高度59个像素。

如果不知道有哪些字体可用怎么办?不要担心，下面这一行代码就可以列出当前系统中全部的可用字体。在我的电脑上运行之后，找到了几百种可用的字体(重名的字体表示该字体有多个字体文件)。

>>> [item.name for item in mfm.fontManager.ttflist] 

3. 设置颜色

要想对图片文件做颜色处理，最好的方式是先将math_to_image的输出暂存到类文件对象中，借助于PIL和NumPy完成颜色设置后，再保存为文件。为此，要先导入io模块、pillow模块和numpy模块。

在开始写代码前，先约定使用浮点型的三元组表示颜色，比如，(0.17, 0.63, 0.17)表示亮度稍暗的绿色。如果喜欢使用其他方式表示颜色，请自行转换。下面的例子换了一个复杂的数学公式(虚构的，并无实际意义)来演示如何设置颜色。

>>> from io import BytesIO >>> from PIL import Image >>> import numpy as np >>> text = r$s(t) = \mathcal{ A}\mathrm{ sin}(2 \omega \sum_{ i=0}^\infty t_i)$ >>> color = (0.17, 0.63, 0.17) # 要使用的颜色 >>> bfo = BytesIO() # 创建二进制的类文件对象 >>> prop = mfm.FontProperties(family=Palatino Linotype, size=256, weight=normal) >>> mathtext.math_to_image(text, bfo, prop=prop, dpi=72) 209.0 >>> im = Image.open(bfo) # 打开二进制的类文件对象，返回一个PIL图像对象 >>> r, g, b, a = im.split() # 分离出RGBA四个通道 >>> r, g, b = 255-np.array(r), 255-np.array(g), 255-np.array(b) # RGB通道反白 >>> a = r/3 + g/3 + b/3 # 生成新的alpha通道 >>> r, g, b = r*color[0], g*color[1], b*color[2] # RGB通道设置为目标颜色 >>> im = np.dstack((r,g,b,a)).astype(np.uint8) # RGBA四个通道合并为三维的numpy数组 >>> im = Image.fromarray(im) # numpy数组转PIL图像对象 >>> im.save(rd:\demo_3.png) # PIL图像对象保存为文件 

来看看最终的输出结果是什么样的呢?最终生成了2451x653的一张大图，公式内容、字体、字号、颜色等，正如期望的那样。大功告成!

4. 封装成函数

为了方便使用，将上面的代码封装成一个函数，完整代码如下。

# -*- coding: utf-8 -*- import os from io import BytesIO from PIL import Image import numpy as np import matplotlib.font_manager as mfm from matplotlib import mathtext def latex2img(text, size=32, color=(0.1,0.1,0.1), out=None, **kwds):     """LaTex数学公式转图片         text        - 文本字符串，其中数学公式须包含在两个$符号之间         size        - 字号，整型，默认32         color       - 颜色，浮点型三元组，值域范围[0,1]，默认深黑色         out         - 文件名，仅支持后缀名为.png的文件名。若为None，则返回PIL图像对象         kwds        - 关键字参数                         dpi         - 输出分辨率（每英寸像素数），默认72                         family      - 系统支持的字体，None表示当前默认的字体                         weight      - 笔画轻重，可选项包括：normal（默认）、light和bold         """     assert out is None or os.path.splitext(out)[1].lower() == .png, 仅支持后缀名为.png的文件名     for key in kwds:         if key not in [dpi, family, weight]:             raise KeyError(不支持的关键字参数：%s%key)     dpi = kwds.get(dpi, 72)     family = kwds.get(family, None)     weight = kwds.get(weight, normal)     bfo = BytesIO() # 创建二进制的类文件对象     prop = mfm.FontProperties(family=family, size=size, weight=weight)     mathtext.math_to_image(text, bfo, prop=prop, dpi=dpi)     im = Image.open(bfo)     r, g, b, a = im.split()     r, g, b = 255-np.array(r), 255-np.array(g), 255-np.array(b)     a = r/3 + g/3 + b/3     r, g, b = r*color[0], g*color[1], b*color[2]     im = np.dstack((r,g,b,a)).astype(np.uint8)     im = Image.fromarray(im)     if out is None:         return im     else:         im.save(out)         print(生成的图片已保存为%s%out) if __name__  == __main__:     text = r$\sum_{ i=0}^\infty x_i$     latex2img(text, size=48, color=(0.1,0.8,0.8), out=rd:\demo.png)     text = r$\sum_{ n=1}^\infty\frac{ -e^{ i\pi}}{ 2^n}$     im = latex2img(text, size=48, color=(0.9,0.1,0.1))     im.show()