在跑通了官网的mnist和cifar10数据之后,笔者尝试着制作自己的数据集,并保存,读入,显示。 TensorFlow可以支持cifar10的数据格式, 也提供了标准的TFRecord 格式,而关于 tensorflow 读取数据, 官网提供了3中方法

1 Feeding: 在tensorflow程序运行的每一步, 用python代码在线提供数据
2 Reader : 在一个计算图(tf.graph)的开始前,将文件读入到流(queue)中
3 在声明tf.variable变量或numpy数组时保存数据。受限于内存大小,适用于数据较小的情况

在本文,主要介绍第二种方法,利用tf.record标准接口来读入文件

准备图片数据

笔者找了2类狗的图片, 哈士奇和吉娃娃, 全部 resize成128 * 128大小
如下图, 保存地址为D:\Python\data\dog

每类中有10张图片

现在利用这2 类 20张图片制作TFRecord文件

制作TFRECORD文件

1 先聊一下tfrecord, 这是一种将图像数据和标签放在一起的二进制文件,能更好的利用内存,在tensorflow中快速的复制,移动,读取,存储 等等..

这里注意,tfrecord会根据你选择输入文件的类,自动给每一类打上同样的标签
如在本例中,只有0,1 两类

2 先上“制作TFRecord文件”的代码,注释附详解

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import os
import tensorflow as tf
from PIL import Image  #注意Image,后面会用到
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
cwd='D:\Python\data\dog\\'
classes={'husky','chihuahua'} #人为 设定 2
writer= tf.python_io.TFRecordWriter("dog_train.tfrecords") #要生成的文件
for index,name in enumerate(classes):
    class_path=cwd+name+'\\'
    for img_name in os.listdir(class_path):
        img_path=class_path+img_name #每一个图片的地址
        img=Image.open(img_path)
        img= img.resize((128,128))
        img_raw=img.tobytes()#将图片转化为二进制格式
        example = tf.train.Example(features=tf.train.Features(feature={
            "label": tf.train.Feature(int64_list=tf.train.Int64List(value=[index])),
            'img_raw': tf.train.Feature(bytes_list=tf.train.BytesList(value=[img_raw]))
        })) #example对象对label和image数据进行封装
        writer.write(example.SerializeToString())  #序列化为字符串
writer.close()

运行完这段代码后,会生成dog_train.tfrecords 文件,如下图

tf.train.Example 协议内存块包含了Features字段,通过feature将图片的二进制数据和label进行统一封装, 然后将example协议内存块转化为字符串, tf.python_io.TFRecordWriter 写入到TFRecords文件中。

读取TFRECORD文件

在制作完tfrecord文件后, 将该文件读入到数据流中。
代码如下

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def read_and_decode(filename): # 读入dog_train.tfrecords
    filename_queue = tf.train.string_input_producer([filename])#生成一个queue队列
    reader = tf.TFRecordReader()
    _, serialized_example = reader.read(filename_queue)#返回文件名和文件
    features = tf.parse_single_example(serialized_example,
                                       features={
                                           'label': tf.FixedLenFeature([], tf.int64),
                                           'img_raw' : tf.FixedLenFeature([], tf.string),
                                       })#将image数据和label取出来
    img = tf.decode_raw(features['img_raw'], tf.uint8)
    img = tf.reshape(img, [128, 128, 3])  #reshape为128*1283通道图片
    img = tf.cast(img, tf.float32) * (1. / 255) - 0.5 #在流中抛出img张量
    label = tf.cast(features['label'], tf.int32) #在流中抛出label张量
    return img, label

注意,feature的属性“label”和“img_raw”名称要和制作时统一 ,返回的img数据和label数据一一对应。返回的img和label是2个 tf 张量,print出来 如下图

显示tfrecord格式的图片

有些时候我们希望检查分类是否有误,或者在之后的网络训练过程中可以监视,输出图片,来观察分类等操作的结果,那么我们就可以session回话中,将tfrecord的图片从流中读取出来,再保存。 紧跟着一开始的代码写:

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filename_queue = tf.train.string_input_producer(["dog_train.tfrecords"]) #读入流中
reader = tf.TFRecordReader()
_, serialized_example = reader.read(filename_queue)   #返回文件名和文件
features = tf.parse_single_example(serialized_example,
                                   features={
                                       'label': tf.FixedLenFeature([], tf.int64),
                                       'img_raw' : tf.FixedLenFeature([], tf.string),
                                   })  #取出包含image和label的feature对象
image = tf.decode_raw(features['img_raw'], tf.uint8)
image = tf.reshape(image, [128, 128, 3])
label = tf.cast(features['label'], tf.int32)
with tf.Session() as sess: #开始一个会话
    init_op = tf.initialize_all_variables()
    sess.run(init_op)
    coord=tf.train.Coordinator()
    threads= tf.train.start_queue_runners(coord=coord)
    for i in range(20):
        example, l = sess.run([image,label])#在会话中取出image和label
        img=Image.fromarray(example, 'RGB')#这里Image是之前提到的
        img.save(cwd+str(i)+'_''Label_'+str(l)+'.jpg')#存下图片
        print(example, l)
    coord.request_stop()
    coord.join(threads)

代码运行完后, 从tfrecord中取出的文件被保存了。如下图:

在这里我们可以看到,图片文件名的第一个数字表示在流中的顺序(这里没有用shuffle), 第二个数字则是 每个图片的label,吉娃娃都为0,哈士奇都为1。 由此可见,我们一开始制作tfrecord文件时,图片分类正确。

下面给出一些常见图片处理方式:

# -*- coding: utf-8 -*-

import matplotlib.pyplot as plt
import tensorflow as tf   
import numpy as np
import os

os.getcwd()

image_raw_data = tf.gfile.FastGFile("E:\\testData\\images\\cat.jpg",'rb').read()

with tf.Session() as sess:
    img_data = tf.image.decode_jpeg(image_raw_data)
    
    # 输出解码之后的三维矩阵。
    #print(img_data.eval())
    #print(img_data.get_shape())
    img_data.set_shape([1797, 2673, 3])
    print(img_data.get_shape())
 
#### 2. 打印图片    
with tf.Session() as sess:
    plt.imshow(img_data.eval())
    plt.show()
#### 3. 重新调整图片大小    
with tf.Session() as sess:    
    resized = tf.image.resize_images(img_data, [300, 300], method=0)
    
    # TensorFlow的函数处理图片后存储的数据是float32格式的,需要转换成uint8才能正确打印图片。
    print("Digital type: ", resized.dtype)
    cat = np.asarray(resized.eval(), dtype='uint8')
    # tf.image.convert_image_dtype(rgb_image, tf.float32)
    plt.imshow(cat)
    plt.show()    
    
#### 4. 裁剪和填充图片    
with tf.Session() as sess:    
    croped = tf.image.resize_image_with_crop_or_pad(img_data, 1000, 1000)
    padded = tf.image.resize_image_with_crop_or_pad(img_data, 3000, 3000)
    plt.imshow(croped.eval())
    plt.show()
    plt.imshow(padded.eval())
    plt.show()    
    
#### 5. 截取中间50%的图片    
with tf.Session() as sess:   
    central_cropped = tf.image.central_crop(img_data, 0.5)
    plt.imshow(central_cropped.eval())
    plt.show()    
    
#### 6. 翻转图片    
with tf.Session() as sess:
    # 上下翻转
    #flipped1 = tf.image.flip_up_down(img_data)
    # 左右翻转
    #flipped2 = tf.image.flip_left_right(img_data)
    
    #对角线翻转
    transposed = tf.image.transpose_image(img_data)
    plt.imshow(transposed.eval())
    plt.show()
    
    # 以一定概率上下翻转图片。
    #flipped = tf.image.random_flip_up_down(img_data)
    # 以一定概率左右翻转图片。
    #flipped = tf.image.random_flip_left_right(img_data)    
    
#### 7. 图片色彩调整    
with tf.Session() as sess:     
    # 将图片的亮度-0.5。
    #adjusted = tf.image.adjust_brightness(img_data, -0.5)
    
    # 将图片的亮度-0.5
    #adjusted = tf.image.adjust_brightness(img_data, 0.5)
    
    # 在[-max_delta, max_delta)的范围随机调整图片的亮度。
    adjusted = tf.image.random_brightness(img_data, max_delta=0.5)
    
    # 将图片的对比度-5
    #adjusted = tf.image.adjust_contrast(img_data, -5)
    
    # 将图片的对比度+5
    #adjusted = tf.image.adjust_contrast(img_data, 5)
    
    # 在[lower, upper]的范围随机调整图的对比度。
    #adjusted = tf.image.random_contrast(img_data, lower, upper)

plt.imshow(adjusted.eval())
    plt.show()    
 
#### 8. 添加色相和饱和度    
with tf.Session() as sess:         
    adjusted = tf.image.adjust_hue(img_data, 0.1)
    #adjusted = tf.image.adjust_hue(img_data, 0.3)
    #adjusted = tf.image.adjust_hue(img_data, 0.6)
    #adjusted = tf.image.adjust_hue(img_data, 0.9)
    
    # 在[-max_delta, max_delta]的范围随机调整图片的色相。max_delta的取值在[0, 0.5]之间。
    #adjusted = tf.image.random_hue(image, max_delta)
    
    # 将图片的饱和度-5。
    #adjusted = tf.image.adjust_saturation(img_data, -5)
    # 将图片的饱和度+5。
    #adjusted = tf.image.adjust_saturation(img_data, 5)
    # 在[lower, upper]的范围随机调整图的饱和度。
    #adjusted = tf.image.random_saturation(img_data, lower, upper)
    
    # 将代表一张图片的三维矩阵中的数字均值变为0,方差变为1。
    #adjusted = tf.image.per_image_whitening(img_data)
    
    plt.imshow(adjusted.eval())
    plt.show()    
    
#### 9. 添加标注框并裁减。    
with tf.Session() as sess:

boxes = tf.constant([[[0.05, 0.05, 0.9, 0.7], [0.35, 0.47, 0.5, 0.56]]])

begin, size, bbox_for_draw = tf.image.sample_distorted_bounding_box(
        tf.shape(img_data), bounding_boxes=boxes)

batched = tf.expand_dims(tf.image.convert_image_dtype(img_data, tf.float32), 0)
    image_with_box = tf.image.draw_bounding_boxes(batched, bbox_for_draw)
    
    distorted_image = tf.slice(img_data, begin, size)
    plt.imshow(distorted_image.eval())
    plt.show()

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