Keras 在fit_generator训练方式中加入图像random_crop操作

 更新时间:2020年07月03日 15:13:37   作者:Joy_Shen  
这篇文章主要介绍了Keras 在fit_generator训练方式中加入图像random_crop操作,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

使用Keras作前端写网络时,由于训练图像尺寸较大,需要做类似 tf.random_crop 图像裁剪操作。

为此研究了一番Keras下已封装的API。

Data Augmentation(数据扩充)

Data Aumentation 指使用下面或其他方法增加输入数据量。我们默认图像数据。

旋转&反射变换(Rotation/reflection): 随机旋转图像一定角度; 改变图像内容的朝向;

翻转变换(flip): 沿着水平或者垂直方向翻转图像;

缩放变换(zoom): 按照一定的比例放大或者缩小图像;

平移变换(shift): 在图像平面上对图像以一定方式进行平移;

可以采用随机或人为定义的方式指定平移范围和平移步长, 沿水平或竖直方向进行平移. 改变图像内容的位置;

尺度变换(scale): 对图像按照指定的尺度因子, 进行放大或缩小; 或者参照SIFT特征提取思想, 利用指定的尺度因子对图像滤波构造尺度空间. 改变图像内容的大小或模糊程度;

对比度变换(contrast): 在图像的HSV颜色空间,改变饱和度S和V亮度分量,保持色调H不变. 对每个像素的S和V分量进行指数运算(指数因子在0.25到4之间), 增加光照变化;

噪声扰动(noise): 对图像的每个像素RGB进行随机扰动, 常用的噪声模式是椒盐噪声和高斯噪声;

Data Aumentation 有很多好处,比如数据量较少时,用数据扩充来增加训练数据,防止过拟合。

ImageDataGenerator

在Keras中,ImageDataGenerator就是专门做数据扩充的。

from keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator

注:Using TensorFlow backend.

官方写法如下:

(x_train, y_train), (x_test, y_test) = cifar10.load_data()

datagen = ImageDataGenerator(
 featurewise_center=True,
 ...
 horizontal_flip=True)

# compute quantities required for featurewise normalization
datagen.fit(x_train)

# 使用fit_generator的【自动】训练方法: fits the model on batches with real-time data augmentation
model.fit_generator(datagen.flow(x_train, y_train, batch_size=32),
   steps_per_epoch=len(x_train), epochs=epochs)

# 自己写range循环的【手动】训练方法
for e in range(epochs):
 print 'Epoch', e
 batches = 0
 for x_batch, y_batch in datagen.flow(x_train, y_train, batch_size=32):
 loss = model.train(x_batch, y_batch)
 batches += 1
 if batches >= len(x_train) / 32:
  # we need to break the loop by hand because
  # the generator loops indefinitely
  break

ImageDataGenerator的参数说明见官网文档

上面两种训练方法的差异不讨论,我们要关注的是:官方封装的训练集batch生成器是ImageDataGenerator对象的flow方法(或flow_from_directory),该函数返回一个和python定义相似的generator。在它前一步,数据变换是ImageDataGenerator对象的fit方法。

random_crop并未在ImageDataGenerator中内置,但参数中给了一个preprocessing_function,我们可以利用它自定义my_random_crop函数,像下面这样写:

def my_random_crop(image):
 random_arr = numpy.random.randint(img_sz-crop_sz+1, size=2)
 y = int(random_arr[0])
 x = int(random_arr[1])
 h = img_crop
 w = img_crop
 image_crop = image[y:y+h, x:x+w, :]
 return image_crop

datagen = ImageDataGenerator(
 featurewise_center=False,
 ···
 preprocessing_function=my_random_crop)

datagen.fit(x_train)

fit方法调用时将预设的变换应用到x_train的每张图上,包括图像crop,因为是单张依次处理,每张图的crop位置随机。

在训练数据(x=image, y=class_label)时这样写已满足要求;

但在(x=image, y=image_mask)时该方法就不成立了。图像单张处理的缘故,一对(image, image_mask)分别crop的位置无法保持一致。

虽然官网也给出了同时变换image和mask的写法,但它提出的方案能保证二者内置函数的变换一致,自定义函数的random变量仍是随机的。

fit_generator

既然ImageDataGenerator和flow方法不能满足我们的random_crop预处理要求,就在fit_generator函数处想方法修改。

先看它的定义:

def fit_generator(self, generator, samples_per_epoch, nb_epoch,
   verbose=1, callbacks=[],
   validation_data=None, nb_val_samples=None,
   class_weight=None, max_q_size=10, **kwargs):

第一个参数generator,可以传入一个方法,也可以直接传入数据集。前面的 datagen.flow() 即是Keras封装的批量数据传入方法。

显然,我们可以自定义。

def generate_batch_data_random(x, y, batch_size):
 """分批取batch数据加载到显存"""
 total_num = len(x)
 batches = total_num // batch_size
 while (True):
 i = randint(0, batches)
 x_batch = x[i*batch_size:(i+1)*batch_size]
 y_batch = y[i*batch_size:(i+1)*batch_size]
 random_arr = numpy.random.randint(img_sz-crop_sz+1, size=2)
 y_pos = int(random_arr[0])
 x_pos = int(random_arr[1])
 x_crop = x_batch[:, y_pos:y_pos+crop_sz, x_pos:x_pos+crop_sz, :]
 y_crop = y_batch[:, y_pos:y_pos+crop_sz, x_pos:x_pos+crop_sz, :]
 yield (x_crop, y_crop)

这样写就符合我们同组image和mask位置一致的random_crop要求。

注意:

由于没有使用ImageDataGenerator内置的数据变换方法,数据扩充则也需要自定义;由于没有使用flow(…, shuffle=True,)方法,每个epoch的数据打乱需要自定义。

generator自定义时要写成死循环,因为在每个epoch内,generate_batch_data_random是不会重复调用的。

补充知识:tensorflow中的随机裁剪函数random_crop

tf.random_crop是tensorflow中的随机裁剪函数,可以用来裁剪图片。我采用如下图片进行随机裁剪,裁剪大小为原图的一半。

如下是实验代码

import tensorflow as tf
import matplotlib.image as img
import matplotlib.pyplot as plt
sess = tf.InteractiveSession()
image = img.imread('D:/Documents/Pictures/logo3.jpg')

reshaped_image = tf.cast(image,tf.float32)
size = tf.cast(tf.shape(reshaped_image).eval(),tf.int32)
height = sess.run(size[0]//2)
width = sess.run(size[1]//2)
distorted_image = tf.random_crop(reshaped_image,[height,width,3])
print(tf.shape(reshaped_image).eval())
print(tf.shape(distorted_image).eval())

fig = plt.figure()
fig1 = plt.figure()
ax = fig.add_subplot(111)
ax1 = fig1.add_subplot(111)
ax.imshow(sess.run(tf.cast(reshaped_image,tf.uint8)))
ax1.imshow(sess.run(tf.cast(distorted_image,tf.uint8)))
plt.show()

如下是随机实验两次的结果

以上这篇Keras 在fit_generator训练方式中加入图像random_crop操作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脚本之家。

相关文章

  • 快速解决Django关闭Debug模式无法加载media图片与static静态文件

    快速解决Django关闭Debug模式无法加载media图片与static静态文件

    这篇文章主要介绍了快速解决Django关闭Debug模式无法加载media图片与static静态文件的操作方式,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
    2020-04-04
  • Python运算符&=使用实例探究

    Python运算符&=使用实例探究

    这篇文章主要为大家介绍了Python运算符&=使用实例探究,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪
    2024-01-01
  • Python基于httpx模块实现发送请求

    Python基于httpx模块实现发送请求

    这篇文章主要介绍了Python基于httpx模块实现发送请求,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,需要的朋友可以参考下
    2020-07-07
  • Python 抓取微信公众号账号信息的方法

    Python 抓取微信公众号账号信息的方法

    搜狗微信搜索提供两种类型的关键词搜索,一种是搜索公众号文章内容,另一种是直接搜索微信公众号。这篇文章主要介绍了Python 抓取微信公众号账号信息,需要的朋友可以参考下
    2019-06-06
  • python数据结构链表之单向链表(实例讲解)

    python数据结构链表之单向链表(实例讲解)

    下面小编就为大家带来一篇python数据结构链表之单向链表(实例讲解)。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
    2017-07-07
  • python使用py2neo创建neo4j的节点和关系

    python使用py2neo创建neo4j的节点和关系

    这篇文章主要介绍了python使用py2neo创建neo4j的节点和关系,第一步使用py2neo连接neo4j的方法然后根据dict创建Node,更多相关资料需要的朋友参考下面文章内容
    2022-02-02
  • Python中的延迟绑定原理详解

    Python中的延迟绑定原理详解

    这篇文章主要介绍了Python中的延迟绑定原理详解,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,需要的朋友可以参考下
    2019-10-10
  • Python中unittest用法实例

    Python中unittest用法实例

    这篇文章主要介绍了Python中unittest用法,较为详细的讲述了unittest中相关函数的用法及完整实例,需要的朋友可以参考下
    2014-09-09
  • 使用Python实现微信提醒备忘录功能

    使用Python实现微信提醒备忘录功能

    最近工作比较繁杂,经常忘事,有时候记了备忘录结果却忘记看备忘录,但是微信是每天都会看的,于是就想到写 一个基于微信的提醒系统。这篇文章主要介绍了使用Python实现微信提醒备忘录功能,需要的朋友可以参考下
    2018-12-12
  • 网络浏览器中运行Python脚本PyScript剖析

    网络浏览器中运行Python脚本PyScript剖析

    这篇文章主要为大家介绍了网络浏览器中运行Python脚本PyScript剖析详解,有需要的朋友可以借鉴参考下,希望能够有所帮助,祝大家多多进步,早日升职加薪
    2022-08-08

最新评论