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这可能是一个愚蠢的问题,但...

我有几千张图像要加载到 Python 中,然后转换为 numpy 数组。显然这进展有点慢。但是,我实际上只对每张图像的一小部分感兴趣。(相同的部分,图像中心只有 100x100 像素。)

有什么方法可以只加载图像的一部分以加快速度吗?

这是一些示例代码,我在其中生成了一些示例图像,保存它们,然后重新加载它们。

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import Image, time

#Generate sample images
num_images = 5

for i in range(0,num_images):
    Z = np.random.rand(2000,2000)
    print 'saving %i'%i
    plt.imsave('%03i.png'%i,Z)

%load the images
for i in range(0,num_images):
    t = time.time()

    im = Image.open('%03i.png'%i)
    w,h = im.size
    imc = im.crop((w-50,h-50,w+50,h+50))

    print 'Time to open: %.4f seconds'%(time.time()-t)

    #convert them to numpy arrays
    data = np.array(imc)
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4 回答 4

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虽然在单个线程中您无法获得比 PIL 裁剪更快的速度,但您可以使用多个内核来加速一切!:)

我在我的 8 核 i7 机器以及我 7 岁、两核、几乎没有 2ghz 的笔记本电脑上运行了以下代码。两者都看到了运行时间的显着改善。正如您所期望的那样,改进取决于可用内核的数量。

您的代码的核心是相同的,我只是将循环与实际计算分开,以便该函数可以并行应用于值列表。

所以这:

for i in range(0,num_images):
    t = time.time()

    im = Image.open('%03i.png'%i)
    w,h = im.size
    imc = im.crop((w-50,h-50,w+50,h+50))

    print 'Time to open: %.4f seconds'%(time.time()-t)

    #convert them to numpy arrays
    data = np.array(imc)

成为:

def convert(filename):  
    im = Image.open(filename)
    w,h = im.size
    imc = im.crop((w-50,h-50,w+50,h+50))
    return numpy.array(imc)

加速的关键是库的Pool特性multiprocessing。它使跨多个处理器运行事物变得微不足道。

完整代码:

import os 
import time
import numpy 
from PIL import Image
from multiprocessing import Pool 

# Path to where my test images are stored
img_folder = os.path.join(os.getcwd(), 'test_images')

# Collects all of the filenames for the images
# I want to process
images = [os.path.join(img_folder,f) 
        for f in os.listdir(img_folder)
        if '.jpeg' in f]

# Your code, but wrapped up in a function       
def convert(filename):  
    im = Image.open(filename)
    w,h = im.size
    imc = im.crop((w-50,h-50,w+50,h+50))
    return numpy.array(imc)

def main():
    # This is the hero of the code. It creates pool of 
    # worker processes across which you can "map" a function
    pool = Pool()

    t = time.time()
    # We run it normally (single core) first
    np_arrays = map(convert, images)
    print 'Time to open %i images in single thread: %.4f seconds'%(len(images), time.time()-t)

    t = time.time()
    # now we run the same thing, but this time leveraging the worker pool.
    np_arrays = pool.map(convert, images)
    print 'Time to open %i images with multiple threads: %.4f seconds'%(len(images), time.time()-t)

if __name__ == '__main__':
    main()

很基本。只需几行额外的代码,并进行一些重构以将转换位移动到它自己的函数中。结果不言自明:

结果:

8核i7

Time to open 858 images in single thread: 6.0040 seconds
Time to open 858 images with multiple threads: 1.4800 seconds

2核英特尔双核

Time to open 858 images in single thread: 8.7640 seconds
Time to open 858 images with multiple threads: 4.6440 seconds

所以你去吧!即使您拥有一台超级旧的 2 核机器,您也可以将打开和处理图像的时间减半。

注意事项

记忆。如果您要处理 1000 张图像,您可能会在某个时候弹出 Python 的内存限制。为了解决这个问题,您只需要分块处理数据。您仍然可以利用所有的多处理优势,只是在较小的部分。就像是:

for i in range(0, len(images), chunk_size): 
    results = pool.map(convert, images[i : i+chunk_size]) 
    # rest of code. 
于 2013-11-01T17:51:47.073 回答
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将文件保存为未压缩的 24 位 BMP。这些以非常规则的方式存储像素数据。从Wikipedia查看此图表的“图像数据”部分。请注意,图表中的大部分复杂性仅来自标题:

BMP 文件格式

例如,假设您正在存储此图像(此处放大显示):

2x2 方形图像

这就是像素数据部分的样子,如果它存储为 24 位未压缩 BMP。请注意,由于某种原因,数据是自下而上存储的,并且以 BGR 形式而不是 RGB 形式存储,因此文件中的第一行是图像的最底部行,第二行是倒数第二行, ETC:

00 00 FF    FF FF FF    00 00
FF 00 00    00 FF 00    00 00

该数据解释如下:

           |  First column  |  Second Column  |  Padding
-----------+----------------+-----------------+-----------
Second Row |  00 00 FF      |  FF FF FF       |  00 00
-----------+----------------+-----------------+-----------
First Row  |  FF 00 00      |  00 FF 00       |  00 00
-----------+----------------+-----------------+-----------

或者:

           |  First column  |  Second Column  |  Padding
-----------+----------------+-----------------+-----------
Second Row |  red           |  white          |  00 00
-----------+----------------+-----------------+-----------
First Row  |  blue          |  green          |  00 00
-----------+----------------+-----------------+-----------

填充用于将行大小填充为 4 个字节的倍数。


所以,你所要做的就是为这个特定的文件格式实现一个阅读器,然后计算你必须开始和停止读取每一行的字节偏移量:

def calc_bytes_per_row(width, bytes_per_pixel):
    res = width * bytes_per_pixel
    if res % 4 != 0:
        res += 4 - res % 4
    return res

def calc_row_offsets(pixel_array_offset, bmp_width, bmp_height, x, y, row_width):
    if x + row_width > bmp_width:
        raise ValueError("This is only for calculating offsets within a row")

    bytes_per_row = calc_bytes_per_row(bmp_width, 3)
    whole_row_offset = pixel_array_offset + bytes_per_row * (bmp_height - y - 1)
    start_row_offset = whole_row_offset + x * 3
    end_row_offset = start_row_offset + row_width * 3
    return (start_row_offset, end_row_offset)

然后你只需要处理正确的字节偏移量。例如,假设您要读取 10000x10000 位图中从位置 500x500 开始的 400x400 块:

def process_row_bytes(row_bytes):
    ... some efficient way to process the bytes ...

bmpf = open(..., "rb")
pixel_array_offset = ... extract from bmp header ...
bmp_width = 10000
bmp_height = 10000
start_x = 500
start_y = 500
end_x = 500 + 400
end_y = 500 + 400

for cur_y in xrange(start_y, end_y):
    start, end = calc_row_offsets(pixel_array_offset, 
                                  bmp_width, bmp_height, 
                                  start_x, cur_y, 
                                  end_x - start_x)
    bmpf.seek(start)
    cur_row_bytes = bmpf.read(end - start)
    process_row_bytes(cur_row_bytes)

请注意,如何处理字节很重要。您可能可以使用 PIL 做一些聪明的事情,然后将像素数据转储到其中,但我不完全确定。如果您以低效的方式执行此操作,则可能不值得。如果速度是一个很大的问题,您可以考虑使用pyrex编写它或在 C 中实现上述内容,然后从 Python 中调用它。

于 2013-11-04T16:32:11.987 回答
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哦,我刚刚意识到可能有一种比我上面写的关于 BMP 文件的方法要简单得多的方法。

如果您仍然在生成图像文件,并且您始终知道要读取哪个部分,只需在生成时将该部分另存为另一个图像文件:

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
import Image

#Generate sample images
num_images = 5

for i in range(0,num_images):
    Z = np.random.rand(2000, 2000)
    plt.imsave('%03i.png'%i, Z)
    snipZ = Z[200:300, 200:300]
    plt.imsave('%03i.snip.png'%i, snipZ)

#load the images
for i in range(0,num_images):
    im = Image.open('%03i.snip.png'%i)

    #convert them to numpy arrays
    data = np.array(im)
于 2013-11-04T16:36:57.443 回答
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我已经运行了一些时间测试,很遗憾地说我认为你不能比 PIL crop 命令更快。即使使用手动搜索/低级读取,您仍然必须读取字节。以下是计时结果:

%timeit im.crop((1000-50,1000-50,1000+50,1000+50))
fid = open('003.png','rb')
%timeit fid.seek(1000000)
%timeit fid.read(1)
print('333*100*100/10**(9)*1000=%.2f ms'%(333*100*100/10**(9)*1000))


100000 loops, best of 3: 3.71 us per loop
1000000 loops, best of 3: 562 ns per loop
1000000 loops, best of 3: 330 ns per loop
333*100*100/10**(9)*1000=3.33 ms

可以看出底部计算我们有一个读取 1 字节 *10000 字节(100x100 子图像)*333ns 每字节=3.33ms 这与上面的裁剪命令相同

于 2013-10-31T14:30:40.770 回答