【pytorch】常用图像处理与数据增强方法合集（torchvision.transforms）

文章目录

• 张量化（ToTensor）
• 灰度化（Grayscale）
• 标准化（Normalize）
• 组合转换（Compose）
• 中心裁剪（CenterCrop）
• 边缘拓展（Pad）
• 随机裁剪（RandomCrop）
• 尺寸缩放（Resize）
• 随机旋转（RandomRotation）
• 水平翻转（RandomHorizontalFlip）
• 垂直翻转（RandomVerticalFlip）
• 色彩抖动（ColorJitter）
• 高斯模糊（GaussianBlur）
• 仿射变换（RandomAffine）（包含平移）

张量化

torchvision.transforms.ToTensor

描述

将PIL.Image或numpy.ndarray类型的图片转为torch.Tensor类型，如果图片的灰度级在[0, 255]，会除以255.0，归一化到[0.0, 1.0]。这个基本上每个数据集都会用到。

参数

不用给参数。

示例

>>> from torchvision import transforms
>>> import numpy as np
>>> a = np.array([[255, 199, 30]], dtype=np.uint8)
>>> a
array([[255, 199,  30]], dtype=uint8)
>>> t = transforms.ToTensor()
>>> b = t(a)
>>> b
tensor([[[1.0000, 0.7804, 0.1176]]])

灰度化

torchvision.transforms.Grayscale(num_output_channels=1)

描述

将彩色图片转为灰度图片。图片必须是PIL.Image或torch.Tensor类型。

参数

如果num_output_channels=1，返回单通道灰度图片；如果num_output_channels=3，返回三通道的灰度图片，其中r == g == b。一般我们不用设置，默认为1就行了。

示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
transform = transforms.Grayscale()
img = transform(img)

绘图

标准化

torchvision.transforms.Normalize(mean, std, inplace=False)

描述

用均值和标准差标准化数据，将数据映射到区间[-1, 1]，能加快模型的收敛速度，一般加到ToTensor后面。仅限torch.Tensor类型。

参数

mean (sequence)：各通道的均值。
std (sequence)：各通道的标准差。
inplace：是否直接在原数据上操作。

组合转换

torchvision.transforms.Compose(transforms)

描述

将若干个转换方法组合起来。

参数

transforms：带组合的转换方法

示例

# 以mnist数据集为例, 单通道, 其均值和标准差分别为0.1307和0.3081
train_file = datasets.MNIST(
    root='./dataset/',
    train=True,
    transform=transforms.Compose([
        transforms.ToTensor(),
        transforms.Normalize((0.1307,), (0.3081,))
    ])
)

中心裁剪

torchvision.transforms.CenterCrop(size)

描述

对图片进行中心裁剪。中心就是图片高和宽二分之一的交点。图片必须是PIL.Image或torch.Tensor类型。

参数

size是输出图片的高、宽。你可以给一个整型的数字，比如3，表示输出3x3的图片；你也可以给一个元组，比如(3, 5)，表示输出高为3，宽为5的图片。

示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
# 300x300
transform_1 = transforms.CenterCrop(300)
img_1 = transform_1(img)
# 500x500
transform_2 = transforms.CenterCrop(500)
img_2 = transform_2(img)
# 500x300
transform_3 = transforms.CenterCrop((500,300))
img_3 = transform_3(img)

绘图

边缘拓展

torchvision.transforms.Pad(padding, fill=0, padding_mode=‘constant’)

描述

对图像边缘进行拓展填充。

参数

padding：拓展宽度。如果是整型，则所有边都拓展；如果是二元组，则指定左右和上下的拓展宽度。如果是四元组，则指定左、上、右、下的拓展宽度。
fill：像素填充的值，默认是0，代表黑色。可以指定整型，也可以用三元组表示分别填充RGB通道。
padding_mode：拓展模式，默认为constant，表示所有填的所有值都一样。edge表示用边缘值填充；reflecty以边缘为对称轴进行轴对称填充（边缘不重复），如在[1, 2, 3, 4]的两边填充2个元素就是[3, 2, 1, 2, 3, 4, 3, 2]；symmetricy以边缘为对称轴进行轴对称填充（边缘重复），如在[1, 2, 3, 4]的两边填充2个元素就是[2, 1, 1, 2, 3, 4, 4, 3]。

示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
transform = transforms.Pad(100, (255, 0, 0))
img = transform(img)

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随机裁剪

torchvision.transforms.RandomCrop(size, padding=None, pad_if_needed=False, fill=0, padding_mode=‘constant’)

描述

在随机位置对图像进行裁剪

参数

size：输出图片的高、宽。与中心裁剪的参数定义一致。
padding：拓展宽度。与边缘拓展的参数定义一致。
pad_if_needed：如果设置为True，当图像小于目标尺寸时会先填充再随机裁剪。
fill：像素填充值。与边缘拓展的参数定义一致。
padding_mode：拓展模式。与边缘拓展的参数定义一致。

示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
transform = transforms.RandomCrop(300)
img_1 = transform(img)
img_2 = transform(img)
img_3 = transform(img)

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尺寸缩放

torchvision.transforms.Resize(size, interpolation=2)

描述

调整图像的大小到指定尺寸。图像必须是PIL.Image或torch.Tensor类型。这个也用的比较多，训练是按批的，必须保证每批图像的尺寸是相同，所以一般都会在训练前进行resize操作。

参数

size: 可以输入一个元组，表示图像的高、宽。比如(300, 500)，返回高为300，宽为500的图片；也可以只输入一个整型的数字，短边就是这个数字，然后长边按照相同的长宽比进行调整。比如一张高、宽分别为400、200的图片，指定size = 300，那么返回的图像高、宽分别是600、300。计算过程：∵ with < height ∴ width = size = 300, height = size*height/width = 300*400*200 = 600。
interpolation：插值法，默认即可。

注意

尺寸缩放的size参数如果只给定一个整数值，返回的图像不一定是方形的。要注意和中心裁剪的size参数区分开来。

示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
transform = transforms.Resize((720, 720))
img = transform(img)
img.save('img.jpg')

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随机旋转

torchvision.transforms.RandomRotation(degrees, resample=False, expand=False, center=None, fill=None)

描述

按角度随机旋转图像。图像必须是PIL.Image或torch.Tensor类型。

参数

degrees： 旋转的角度范围。如果只填一个整型或浮点型的数字，比如90，表示在-90°和90°之间随机旋转。也可以给一个序列类型的值，比如(45, 90)，表示逆时针旋转，旋转角度从45°到90°之间随机取一个值。
resample：重采样方法，默认即可。
expand：是否扩展。默认为False表示输出图和输入图大小一样，旋转超出区域就丢掉不要了；设置为True表示扩展边界以保证显示整个原图。
center：旋转中心的坐标，可接受的输入是元组或列表类型。默认是图片的中心，比如1280x720的图片中心就是(640, 360)。
fill：图像外部区域的填充颜色。默认是0也就是黑色，也支持RGB格式的颜色，比如(255, 0, 0)就表示用红色填充。

拓展

官方只给了按角度随机旋转的方法，并没有给指定角度旋转的方法，但指定角度旋转也可以通过通过设置随机旋转的参数实现。比如图像顺时针旋转90°，只需要设置degrees=(-90, -90)。官方确实很聪明，只用一个函数就把随机旋转和定向旋转都实现了。

示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
# 逆时针旋转45°
transform_1 = transforms.RandomRotation(degrees=(45, 45))
img_1 = transform_1(img)
# 逆时针旋转45°，启动拓展
transform_2 = transforms.RandomRotation(degrees=(45, 45), expand=True)
img_2 = transform_2(img)
# 逆时针旋转45°，绿色填充
transform_3 = transforms.RandomRotation(degrees=(45, 45), fill=(255, 0, 0))
img_3 = transform_3(img)

绘图

水平翻转

torchvision.transforms.RandomHorizontalFlip(p=0.5)

描述

字面意思，就是水平翻转图像。不过是否翻转是随机的。

参数

p：水平翻转的概率，如果是1就一定翻转，如果给0就一定不翻转，如果其它值则按概率随机选择是否翻转。比如0.5，那么就有一半的可能翻转，一般的可能不翻转。图像必须是PIL.Image或torch.Tensor类型。

示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
transform = transforms.RandomHorizontalFlip(p=1)
img = transform(img)
img.save('img.jpg')

绘图

垂直翻转

torchvision.transforms.RandomVerticalFlip(p=0.5)

描述

字面意思，就是垂直翻转图像。不过是否翻转是随机的。

参数

p：垂直翻转的概率，如果是1就一定翻转，如果给0就一定不翻转，如果其它值则按概率随机选择是否翻转。比如0.5，那么就有一半的可能翻转，一般的可能不翻转。图像必须是PIL.Image或torch.Tensor类型。

示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
transform = transforms.RandomVerticalFlip(p=1)
img = transform(img)
img.save('img.jpg')

绘图

色彩抖动

torchvision.transforms.ColorJitter(brightness=0, contrast=0, saturation=0, hue=0)

描述

随机改变图片的亮度，对比度和饱和度。

参数

brightness：亮度；允许输入浮点型或二元组(min, max)。如果是浮点型，那么亮度在[max(0, 1 ## brightness), 1 + brightness]区间随机变换；如果是元组，亮度在给定的元组间随机变换。不允许输入负值。
contrast：对比度。允许输入规则和亮度一致。
saturation：饱和度。允许输入规则和亮度一致。
hue：色调。允许输入浮点型或二元组(min, max)。如果是浮点型，那么亮度在[-hue, hue]区间随机变换；如果是元组，亮度在给定的元组间随机变换。不允许输入负值。必须满足0<= hue <= 0.5 or -0.5 <= min <= max <= 0.5。

示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
# 亮度设置为2
transform_1 = transforms.ColorJitter(brightness=(2, 2))
img_1 = transform_1(img)
# 对比度设置为2
transform_2 = transforms.ColorJitter(contrast=(2, 2))
img_2 = transform_2(img)
# 饱和度设置为2
transform_3 = transforms.ColorJitter(saturation=(2, 2))
img_3 = transform_3(img)

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高斯模糊

torchvision.transforms.GaussianBlur(kernel_size, sigma=(0.1, 2.0))

描述

对图像应用高斯模糊

参数

kernel_size：模糊半径。必须是奇数。
sigma：正态分布的标准差。如果是浮点型，则固定；如果是二元组(min, max)，sigma在区间中随机选取一个值。

示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
# 模糊半径越大, 正态分布标准差越大, 图像就越模糊
transform_1 = transforms.GaussianBlur(21, 10)
img_1 = transform_1(img)
transform_2 = transforms.GaussianBlur(101, 10)
img_2 = transform_2(img)
transform_3 = transforms.GaussianBlur(101, 100)
img_3 = transform_3(img)

绘图

仿射变换

torchvision.transforms.RandomAffine(degrees, translate=None, scale=None, shear=None, resample=0, fillcolor=0)

• 描述

汇总了旋转、平移、缩放、扭曲等图像变换方法，并且支持叠加。比如旋转的同时又进行平移或缩放等。

• 参数

degrees (sequence or float or int)：随机旋转的角度范围。和随机旋转的参数定义一致。设置为0表示不旋转。
translate (tuple, optional) ：水平和垂直平移的因子。如(a, b)，表示在-img_width * a < dx < img_width * a范围内随机水平平移，在-img_height * b < dy < img_height * b范围内随机垂直平移。
scale (tuple, optional)：缩放因子。如(a, b)，表示在a <= scale <= b随机缩放。
shear (sequence or float or int, optional)：随机扭曲的角度范围。如(45, 90)，表示在45~90范围内随机选取一个角度进行与横轴平行的扭曲。
resample (int, optional) ：重采样。
fillcolor (tuple or int) ：填充色。默认为0，也就是黑色。支持三元组的RGB颜色。

• 示例

from PIL import Image
from torchvision import transforms
img = Image.open('test.jpg')
# 随机旋转
transform_1 = transforms.RandomAffine(90)
img_1 = transform_1(img)
# 随机平移
transform_2 = transforms.RandomAffine(0, (0.1, 0))
img_2 = transform_2(img)
# 随机缩放
transform_3 = transforms.RandomAffine(0, None, (0.5, 2))
img_3 = transform_3(img)
# 随机扭曲
transform_4 = transforms.RandomAffine(0, None, None, (45, 90))
img_4 = transform_4(img)

• 绘图

测试样例

名称	尺寸
test.jpg	1280x720

注意事项

数据增强的transform操作会增加样本量吗？需不需要单独的把数据集拿出来增强一下再训练？

如果tranform里面有随机的方法，那么每个epoch训练的数据集将会不同，就相当于增加了样本数量，所以直接训练即可，不用单独拿出来做增强。

温馨提示

如果是对批数据进行变换，那么该批的所有变换都是相同的。为什么要这样说？之前不是提到随机旋转这些随机的操作嘛，pytorch在训练前需要把数据做成批数据，然后用数据加载器喂到模型中训练，也就是说这些随机的方法对于同一批数据的随机是相同，比如要旋转45°的话就都旋转45°，而不同批可能会不同。

引用参考

https://pytorch.org/docs/stable/torchvision/transforms.html