【深度学习】计算图像数据集的均值和标准差（mean、std）用于 transform 标准化

1. 介绍

相信大家对每一个图像数据集预处理时都免不了一个normalize的步骤，在使用pytorch中torchvision.transoforms.Normalize()这个方法很好的帮助我们进行标准化的处理。可是他需要图像各个通道的均值以及标准差的参数，那我们要如何求呢？

• ImageFolder，需要有特定格式
• 自己实现，无需特定格式

2. 方法

2.1 ImageFolder，需要有特定格式

这时候要求我们传参为父目录，下面必须得有子目录。

• 比如数据集一共包括两个类别：cat、dog，每个类别包括四张图片。所有的图片按文件夹保存，每个文件夹下存储同一个类别的图片，文件夹名为类名。保存如下，dataset下有两个目录如下：
  

import torch
from torchvision.datasets import ImageFolder
def getStat(train_data):
    '''
    Compute mean and variance for training data
    :param train_data: 自定义类Dataset(或ImageFolder即可)
    :return: (mean, std)
    '''
    print('Compute mean and variance for training data.')
    print(len(train_data))
    train_loader = torch.utils.data.DataLoader(
        train_data, batch_size=1, shuffle=False, num_workers=0,
        pin_memory=True)
    mean = torch.zeros(3)
    std = torch.zeros(3)
    for X, _ in train_loader:
        for d in range(3):
            mean[d] += X[:, d, :, :].mean()
            std[d] += X[:, d, :, :].std()
    mean.div_(len(train_data))
    std.div_(len(train_data))
    return list(mean.numpy()), list(std.numpy())
 
if __name__ == '__main__':
    train_dataset = ImageFolder(root='dataset', transform=None)
    print(getStat(train_dataset))

2.2 自己实现，无需特定格式

直接传入想要求的数据集目录即可，

import os
from PIL import Image
import numpy as np
import tqdm

def main(path):
    # 数据集通道数
    img_channels = 3
    img_names = os.listdir(path)
    cumulative_mean = np.zeros(img_channels)
    cumulative_std = np.zeros(img_channels)

    for img_name in tqdm.tqdm(img_names, total=len(img_names)):
        img_path = os.path.join(path, img_name)
        img = np.array(Image.open(img_path)) / 255.
        # 对每个维度进行统计，Image.open打开的是HWC格式，最后一维是通道数
        for d in range(3):
            cumulative_mean[d] += img[:, :, d].mean()
            cumulative_std[d] += img[:, :, d].std()

    mean = cumulative_mean / len(img_names)
    std = cumulative_std / len(img_names)
    print(f"mean: {
      mean}")
    print(f"std: {
      std}")

if __name__ == '__main__':
    main("dataset/cat")

3. ImageFolder解析

ImageFolder是一个通用的数据加载器，数据集应当按照指定的格式进行存储。

3.1 数据集构造格式

比如数据集一共包括两个类别：cat、dog，每个类别包括四张图片。所有的图片按文件夹保存，每个文件夹下存储同一个类别的图片，文件夹名为类名。dataset下有两个目录如下：

3.2 使用方法

from torchvision.datasets import ImageFolder
dataset=ImageFolder(root, transform=None, target_transform=None, loader=default_loader)

3.2.1 参数

• root：在root指定的路径下寻找图片，比如，

import torchvision.datasets
dataset = ImageFolder('./dataset')

• transform：对PIL Image进行的转换操作，transform的输入是使用loader读取图片的返回对象，比如，

import torchvision.datasets
 
transform = transforms.Compose([  
        transforms.Grayscale(),  
        transforms.Resize([28, 28]),  
        transforms.ToTensor(),  
        transforms.Normalize(mean=(0,0,0),std=(1,1,1))
])
dataset = ImageFolder('./dataset',transform=transform)

• target_transform：对label的转换。

3.2.2 成员变量

可以通过成员变量查看ImageFolder返回的内容。

• classes：根据分的文件夹的名字来确定的类别，如[‘cat’, ‘dog’]。
• class_to_idx：按顺序为这些类别定义索引为0,1…，如{‘cat’: 0, ‘dog’: 1}。
• imgs：返回从所有文件夹中得到的图片的路径以及其类别，一个列表，列表中的每个元素都是一个（img-path, class_index）的元组，如
  • [(‘./dataset/cat/cat.12484.jpg’, 0), (‘./dataset/cat/cat.12487.jpg’, 0), (‘./dataset/dog/dog.12498.jpg’, 1), (‘./dataset/dog/dog.12499.jpg’, 1)]

3.2.3 ImageFolder返回的对象

如果不进行transform，返回PIL Image对象，进行transform，返回tensor。

• ImageFolder的返回值，
  • 第一维代表的是第几张图片（所有类别的图片顺序排列），如dataset[0]代表第0张图片，即(‘./data/cat/cat.12484.jpg’, 0)。
  • 第二维只有0和1两个值，0返回图片数据，1返回label。