Keras Data augmentation(数据扩充)

在深度学习中，我们经常需要用到一些技巧(比如将图片进行旋转，翻转等)来进行data augmentation, 来减少过拟合。 在本文中，我们将主要介绍如何用深度学习框架keras来自动的进行data augmentation。

keras.preprocessing.image.ImageDataGenerator(featurewise_center=False,
    samplewise_center=False,
    featurewise_std_normalization=False,
    samplewise_std_normalization=False,
    zca_whitening=False,
    zca_epsilon=1e-6,
    rotation_range=0.,
    width_shift_range=0.,
    height_shift_range=0.,
    shear_range=0.,
    zoom_range=0.,
    channel_shift_range=0.,
    fill_mode='nearest',
    cval=0.,
    horizontal_flip=False,
    vertical_flip=False,
    rescale=None,
    preprocessing_function=None,
    data_format=K.image_data_format())

• 生成批次的带实时数据增益的张量图像数据。数据将按批次无限循环。

• 参数：
  • featurewise_center: 布尔值。将输入数据的均值设置为 0，逐特征进行。
  • samplewise_center: 布尔值。将每个样本的均值设置为 0。
  • featurewise_std_normalization: 布尔值。将输入除以数据标准差，逐特征进行。
  • samplewise_std_normalization: 布尔值。将每个输入除以其标准差。
  • zca_epsilon: ZCA 白化的 epsilon 值，默认为 1e-6。
  • zca_whitening: 布尔值。应用 ZCA 白化。
  • rotation_range: 整数。随机旋转的度数范围。
  • width_shift_range: 浮点数（总宽度的比例）。随机水平移动的范围。
  • height_shift_range: 浮点数（总高度的比例）。随机垂直移动的范围。
  • shear_range: 浮点数。剪切强度（以弧度逆时针方向剪切角度）。
  • zoom_range: 浮点数 或 [lower, upper]。随机缩放范围。如果是浮点数，[lower, upper] = [1-zoom_range, 1+zoom_range]。
  • channel_shift_range: 浮点数。随机通道转换的范围。
  • fill_mode: {"constant", "nearest", "reflect" or "wrap"} 之一。输入边界以外的点根据给定的模式填充：
    • "constant": kkkkkkkk|abcd|kkkkkkkk (cval=k)
    • "nearest": aaaaaaaa|abcd|dddddddd
    • "reflect": abcddcba|abcd|dcbaabcd
    • "wrap": abcdabcd|abcd|abcdabcd
  • cval: 浮点数或整数。用于边界之外的点的值，当 fill_mode = "constant" 时。
  • horizontal_flip: 布尔值。随机水平翻转。
  • vertical_flip: 布尔值。随机垂直翻转。
  • rescale: 重缩放因子。默认为 None。如果是 None 或 0，不进行缩放，否则将数据乘以所提供的值（在应用任何其他转换之前）。
  • preprocessing_function: 应用于每个输入的函数。这个函数会在任何其他改变之前运行。这个函数需要一个参数：一张图像（秩为 3 的 Numpy 张量），并且应该输出一个同尺寸的 Numpy 张量。
  • data_format: {"channels_first", "channels_last"} 之一。"channels_last" 模式表示输入尺寸应该为 (samples, height, width, channels)，"channels_first" 模式表示输入尺寸应该为 (samples, channels, height, width)。默认为 在 Keras 配置文件 ~/.keras/keras.json 中的 image_data_format 值。如果你从未设置它，那它就是 "channels_last"。
     

• 方法:
• fit(x): 根据一组样本数据，计算与数据相关转换有关的内部数据统计信息。当且仅当 featurewise_center 或 featurewise_std_normalization 或 zca_whitening 时才需要。
• flow(x, y): 传入 Numpy 数据和标签数组，生成批次的 增益的/标准化的 数据。在生成的批次数据上无限制地无限次循环。
• flow_from_directory(directory): 以目录路径为参数，生成批次的 增益的/标准化的 数据。在生成的批次数据上无限制地无限次循环。

from keras.preprocessing.image import ImageDataGenerator,array_to_img,img_to_array,load_img

datagen=ImageDataGenerator(
    rotation_range=40,
    width_shift_range=0.2,
    height_shift_range=0.2,
    shear_range=0.2,
    zoom_range=0.2,
    horizontal_flip=True,
    fill_mode='nearest'
)

img=load_img("test.jpg")
x=img_to_array(img) # 把PIL图像格式转换成numpy格式
x=x.reshape((1,)+x.shape)

i=0
for batch in datagen.flow(x,batch_size=2,save_to_dir="datagen",save_prefix="cat",save_format="jpeg"):
    i+=1
    if i>10:
        break

其他注意api:

compile

compile(self, optimizer, loss, metrics=None, loss_weights=None, sample_weight_mode=None, weighted_metrics=None, target_tensors=None)

用于配置训练模型。

fit

fit(self, x=None, y=None, batch_size=None, epochs=1, verbose=1, callbacks=None, validation_split=0.0, validation_data=None, shuffle=True, class_weight=None, sample_weight=None, initial_epoch=0, steps_per_epoch=None, validation_steps=None)

以固定数量的轮次（数据集上的迭代）训练模型。

fit_generator

fit_generator(self, generator, steps_per_epoch=None, epochs=1, verbose=1, callbacks=None, validation_data=None, validation_steps=None, class_weight=None, max_queue_size=10, workers=1, use_multiprocessing=False, shuffle=True, initial_epoch=0)

使用 Python 生成器逐批生成的数据，按批次训练模型。

evaluate

evaluate(self, x=None, y=None, batch_size=None, verbose=1, sample_weight=None, steps=None)

在测试模式下返回模型的误差值和评估标准值。

evaluate_generator

evaluate_generator(self, generator, steps=None, max_queue_size=10, workers=1, use_multiprocessing=False)

在数据生成器上评估模型。

predict

predict(self, x, batch_size=None, verbose=0, steps=None)

为输入样本生成输出预测。

predict_generator

predict_generator(self, generator, steps=None, max_queue_size=10, workers=1, use_multiprocessing=False, verbose=0)

为来自数据生成器的输入样本生成预测。

• https://keras.io/zh/preprocessing/image/