小編給大家分享一下怎么使用Python OpenCV為CNN增加圖像樣本，相信大部分人都還不怎么了解，因此分享這篇文章給大家參考一下，希望大家閱讀完這篇文章后大有收獲，下面讓我們一起去了解一下吧！

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python有哪些常用庫

python常用的庫：1.requesuts；2.scrapy；3.pillow；4.twisted；5.numpy；6.matplotlib；7.pygama；8.ipyhton等。

我們在做深度學習的過程中，經常面臨圖片樣本不足、不平衡的情況，在本文中，作者結合實際工作經驗，通過圖像的移動、縮放、旋轉、增加噪聲等圖像變換技術，能快速、簡便的增加樣本數量。

使用OpenCV跨平臺計算機視覺庫，在Python3.6上實現，。

1. 圖片拼接及平移

1.1. 圖像移動

圖像平移是將圖像的所有像素坐標進行水平或垂直方向移動，也就是所有像素按照給定的偏移量在水平方向上沿x軸、垂直方向上沿y軸移動。

#移動圖像，讓出邊緣，大小不變（此方法比較笨了）
def move_img(img_file1,out_file,tunnel,border_position,border_width):
  print('file1=' + img_file1 )
  img1 = cv2.imread(img_file1, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
  hight,width = img1.shape
  # 初始化空圖
  final_matrix = np.zeros((hight,width), np.uint8) #,tunnel), np.uint8) #高*款（y，x）20*20*1
  # change 
  x1=0
  y1=hight
  x2=width
  y2=0  #圖片高度，坐標起點從上到下
  if border_position =='top':
    final_matrix[y2:y1 - border_width, x1:x2] = img1[y2 + border_width:y1, x1:x2]
  #左側增加邊或空白
  if border_position == 'left':
    final_matrix[y2 :y1, x1:x2 - border_width] = img1[y2:y1, x1 + border_width:x2]

  if border_position == 'right':
    final_matrix[y2 :y1, x1 + border_width:x2] = img1[y2:y1, x1:x2 - border_width]
  #底部增加邊或空白
  if border_position =='bottom':
    final_matrix[y2 + border_width :y1, x1:x2] = img1[y2:y1 - border_width , x1:x2]
  if border_position =='copy':
    final_matrix[y2 :y1, x1:x2] = img1[y2:y1 , x1:x2]

  cv2.imwrite(out_file, final_matrix) 

  return final_matrix

樣例代碼，詳見第5章節(jié)。

1.2. 圖片拼接

圖片拼接是分別讀取圖片，新建一個目標像素大小的0矩陣，最后將讀取的圖片替換新建矩陣中目標位置上的元素即可。主要可用于圖像切換場景，例如常見的齒輪式數字儀表盤，數字進位時出現的半個數字。

#圖像四周拼接邊緣，大小不變
def splicing_img(img_file1,img_file2,out_file,tunnel,border_position,border_width):
  print('file1=' + img_file1 + ', file2=' + img_file2)
  img1 = cv2.imread(img_file1, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
  img2 = cv2.imread(img_file2, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
  #第二個參數為如何讀取圖片，包括cv2.IMREAD_COLOR：讀入一副彩色圖片；cv2.IMREAD_GRAYSCALE：以灰度模式讀入圖片；cv2.IMREAD_UNCHANGED：讀入一幅圖片，并包括其alpha通道。
  hight,width = img1.shape
  final_matrix = np.zeros((hight,width), np.uint8) #,tunnel), np.uint8) #高*款（y，x）20*20*1
  # change 
  x1=0
  y1=hight
  x2=width
  y2=0  #圖片高度，坐標起點從上到下
  if border_position =='top':
    final_matrix[y2 + border_width:y1, x1:x2] = img1[y2:y1 - border_width, x1:x2]
    final_matrix[y2:border_width, x1:x2] = img2[y2:border_width, x1:x2]
  #左側增加邊或空白
  if border_position == 'left':
    final_matrix[y2 :y1, x1+ border_width:x2] = img1[y2:y1, x1:x2 - border_width]
    final_matrix[y2:y1, x1:border_width] = img2[y2:y1, x1:border_width]    

  if border_position == 'right':
    final_matrix[y2 :y1, x1:x2 - border_width] = img1[y2:y1, x1 + border_width:x2]
    final_matrix[y2:y1, x2-border_width:x2] = img2[y2:y1, x1:border_width]    
  #底部增加邊或空白
  if border_position =='bottom':
    final_matrix[y2 :y1 - border_width, x1:x2] = img1[y2+ border_width:y1 , x1:x2]
    final_matrix[y1 - border_width:y1, x1:x2] = img2[y2:border_width, x1:x2]
  if border_position =='copy':
    final_matrix[y2 :y1, x1:x2] = img1[y2:y1 , x1:x2]

  cv2.imwrite(out_file, final_matrix) 

  return final_matrix

2. 圖片仿射變換之平移、旋轉

2.1. 關于仿射變換

仿射變換，又稱仿射映射，是指在幾何中，一個向量空間進行一次線性變換并接上一個平移，變換為另一個向量空間。

仿射變換是在幾何上定義為兩個向量空間之間的一個仿射變換或者仿射映射（來自拉丁語，affine，“和…相關”）由一個非奇異的線性變換(運用一次函數進行的變換)接上一個平移變換組成。仿射變換可以通過一系列的原子變換的復合來實現，包括：平移（Translation）、縮放（Scale）、翻轉（Flip）、旋轉（Rotation）和剪切（Shear）。

2.2. Python上的OpenCV實現 2.2.1. 旋轉

旋轉是通過仿射變換實現的，首先，旋轉需要先定義一個旋轉矩陣，使用cv2.getRotationMatrix2D()函數。

參數1：需要旋轉的中心點；

參數2：需要旋轉的角度；

參數3：需要縮放的比例。

#旋轉圖像，輸入文件名、輸出文件名，旋轉角度
def rotationImg(img_file1,out_file,ra):
  # 獲取圖片尺寸并計算圖片中心點
  img = cv2.imread(img_file1, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
  (h, w) = img.shape[:2]
  center = (w/2, h/2)

  M = cv2.getRotationMatrix2D(center, ra, 1.0)
  rotated = cv2.warpAffine(img, M, (w, h))
  #cv2.imshow("rotated", rotated)
  #cv2.waitKey(0)
  cv2.imwrite(out_file, rotated)
  
  return rotated

2.2.2. 平移

使用仿射變換平移圖像，首先使用已經給出的平移矩陣M：[[1,0,x],[0,1,y]]，x、y分別是x與y在橫向、縱向移動像數。

$$

#仿射變換技術，平移圖片，x_off:x方向平移像數；y_off:y方向平移像數，正數是右、下方移動，負數為左、上方移動
def translation_img(img_file1,out_file,x_off,y_off):
  img = cv2.imread(img_file1, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
  rows,cols = img.shape
  # 定義平移矩陣，需要是numpy的float32類型
  # x軸平移x_off，y軸平移y_off, 2*3矩陣
  M = np.float32([[1,0,x_off],[0,1,y_off]])
  dst = cv2.warpAffine(img,M,(cols,rows))
  
  cv2.imwrite(out_file, dst)

3. 圖片縮放及剪裁

3.1. 圖片縮放

圖片縮放使用CV2的cv2.resize()函數，函數語法如下：cv2.resize(img, (dstWeight,dstHeight))，第一個參數是源圖像數據，第二個參數（目標寬度，目標高度）。

在實際應用中，輸入圖像大小是固定不變，這樣在縮放圖片后，如果是放大，則需要剪裁，如果縮寫，則出現空余區(qū)域。（注：本案例中參數deviation，用于取放大圖像的起點位置，參照位置為左上角）

#縮放，輸入文件名，輸出文件名，放大高與寬，偏離度
def resizeImg(img_file1,out_file,dstWeight,dstHeight,deviation):
  img1 = cv2.imread(img_file1, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
  imgshape = img1.shape

  h = imgshape[0]
  w = imgshape[1]
  final_matrix = np.zeros((h,w), np.uint8)
  x1=0
  y1=h
  x2=w
  y2=0  #圖片高度，坐標起點從上到下  
  dst = cv2.resize(img1, (dstWeight,dstHeight))
  if h<dstHeight:
    final_matrix[y2 :y1, x1:x2] = dst[y2+deviation:y1+deviation , x1+deviation:x2+deviation]
  else:
    if deviation == 0:
      final_matrix[y2 :dstHeight, x1:dstWeight] = dst[y2 :dstHeight,x1 :dstWeight]
    else:
      final_matrix[y2 + deviation:dstHeight + deviation, x1 + deviation:dstWeight + deviation] = dst[y2 :dstHeight,x1 :dstWeight]
  cv2.imwrite(out_file, final_matrix)
  
  return final_matrix

3.2. 圖片剪裁

在做圖像處理時，一般是圖像大小保持一致，因此，圖片剪裁時，圖片大小不變，去掉不需要的部分。

#剪切圖片
def cut_img(img_file1,out_file,top_off,left_off,right_off,bottom_off):
  img1 = cv2.imread(img_file1, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
  hight,width = img1.shape  
  x1=0
  y1=hight
  x2=width
  y2=0  #圖片高度，坐標起點從上到下hight,width = img1.shape
  
  #灰度圖像，不使用通道tunnel
  final_matrix = np.zeros((hight,width), np.uint8) #,tunnel), np.uint8) #高*款（y，x）20*20*1
  final_matrix[y2 + top_off:y1 - bottom_off, x1 + left_off:x2 - right_off] = img1[y2 + top_off:y1 - bottom_off, x1 + left_off:x2 - right_off]

  cv2.imwrite(out_file, final_matrix) 

  return final_matrix

4. 圖片增加高斯噪聲/椒鹽噪聲

在matlab中，存在執(zhí)行直接得函數來添加高斯噪聲和椒鹽噪聲。Python-OpenCV中雖然不存在直接得函數，但是很容易使用相關的函數來實現。

4.1. 添加鹽椒噪聲

# 添加椒鹽噪聲，prob:噪聲比例 
def sp_noiseImg(img_file1,prob):
  image = cv2.imread(img_file1, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
  output = np.zeros(image.shape,np.uint8)
  thres = 1 - prob 
  for i in range(image.shape[0]):
    for j in range(image.shape[1]):
      rdn = random.random()
      if rdn < prob:
        output[i][j] = 0
      elif rdn > thres:
        output[i][j] = 255
      else:
        output[i][j] = image[i][j]
  return output

 

噪聲比依次是：0.1、0.05、0.01。

4.2. 添加高斯噪聲

# 添加高斯噪聲
# mean : 均值
# var : 方差
def gasuss_noiseImg(img_file1, out_file, mean=0, var=0.001):
  image = cv2.imread(img_file1, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
  image = np.array(image/255, dtype=float)
  noise = np.random.normal(mean, var ** 0.5, image.shape)
  out = image + noise
  if out.min() < 0:
    low_clip = -1.
  else:
    low_clip = 0.
  out = np.clip(out, low_clip, 1.0)
  out = np.uint8(out*255)
  cv2.imwrite(out_file, out)
  
  return out

5. 代碼測試

'''
Created on 2019年5月20日

@author: xiaoyw
'''
#coding: utf-8
import numpy as np
import cv2
import os
import random

#函數部分略過，見上文
if __name__ == '__main__':
  file1 = 'dog.jpg'
  
  move_img(file1,'timg11.jpg',1,'top',35)
  move_img(file1,'timg12.jpg',1,'left',35)
  move_img(file1,'timg13.jpg',1,'right',35)
  move_img(file1,'timg14.jpg',1,'bottom',35)
  cut_img(file1,'dog_cut.jpg',20,10,20,30)
  rotationImg(file1,'dog_ra1.jpg',30)
  rotationImg(file1,'dog_ra1.jpg',60)
  rotationImg(file1,'dog_ra2.jpg',-90)
  sp_noiseImg(file1,'dog_sp_01.jpg',0.01) 
  sp_noiseImg(file1,'dog_sp_05.jpg',0.05)
  sp_noiseImg(file1,'dog_sp_10.jpg',0.1) 
  resizeImg(file1,'dog_big.jpg',250,280,0)
  resizeImg(file1,'dog_small.jpg',100,200,0)
  splicing_img(file1,file1,'dog2.jpg',1,'right',50)
  translation_img(file1,'timg15.jpg',10,10)
  translation_img(file1,'timg16.jpg',-20,-30)

  pass

以上是“怎么使用Python OpenCV為CNN增加圖像樣本”這篇文章的所有內容，感謝各位的閱讀！相信大家都有了一定的了解，希望分享的內容對大家有所幫助，如果還想學習更多知識，歡迎關注創(chuàng)新互聯(lián)成都網站設計公司行業(yè)資訊頻道！

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本文名稱：怎么使用PythonOpenCV為CNN增加圖像樣本-創(chuàng)新互聯(lián)
URL網址：http://chinadenli.net/article36/cehdsg.html

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