计算机视觉模型效果不佳，你可能是被相机的Exif信息坑了

发布于

为何别人用得好好的人脸识别、目标检测开源模型，到了初学者手中，效果却惨不忍睹？其中原因可能很多，有时候这个原因很“愚蠢”。

最近一位Medium上的博主Adam Geitgey给初学者指出了一个极其简单而又容易忽视的关键点：相机的Exif信息。

在开发和使用计算机视觉（CV）模型的过程中，由于NumPy、TensorFlow和电脑上的图片查看器在处理Exif上存在着差异，让这个问题变得十分隐秘。

Adam是一位知名的机器学习课程博主，他的博客内容非常实用，几乎篇篇都能收获上千赞，足见其受欢迎的程度。

他在最新的文章中指出了CV模型在处理Exif存在的缺失，以及补救方法，下面是他文章的主要内容。

Exif信息害死人

普通智能手机或者相机拍照时，如果手持方向发生变化，内部的重力感应器件会告诉设备，照片究竟哪个边是向上的。

当我们在手机、相机或者电脑的Photoshop软件上查看照片时，完全没有问题，就像这样：

然而眼见并非为实，实际图像的像素数据不会旋转。这是由于图像传感器是对连续的像素信息流进行逐行读取，因此你无论纵向和横向握持相机，图像都是按照一个方向进行存储。

那么拍照设备和电脑为什么就能按照正确的方向显示图片呢？这是因为照片里还保存着一组元数据，称之为Exif，即可交换图像文件格式（Exchangeable image file format）。

Exif中包含着照片的像素数、焦距、光圈等信息，其中还有一个方向（Orientation）的数据。

上图中Orientation一项的参数是Rotate 90 CW，意思是图像在显示前需要顺时针旋转90度。如果图片查看程序没有执行此操作，你就只能拧着脖子看了。

Exif原先是用在TIFF图像格式上，后来才加入到JPEG图像格式中，而图像数据集中的图片大多是JPEG格式。

一些程序为了保持向后兼容性，不会去解析Exif数据。大多数用于处理图像数据的Python库（如NumPy、SciPy，TensorFlow，Keras等）就是这样的。

这意味着当你使用这些工具导入图像时，都将获得原始的未旋转图像数据。如果把这些侧躺着或上下颠倒的图像输入到CV模型中，会得到错误的检测结果。

这个问题看起来很愚蠢，似乎初学者会犯这样的低级错误。但事实并非如此！甚至连Google云上的视觉API Demo也无法正确处理Exif方向问题：

如果我们把图像旋转到正确的方向再上传，检测的结果与上图相比将完全改变：

当我们在电脑上查看图片时完全没问题，但是一用到模型中就不正常。因此很难发现问题的所在。

这也导致一些开发者在Github上提问，抱怨他们正在使用的开源项目已损坏，或是模型不够准确。但是实际上问题要简单得多，只是图片的方向错了！

解决方法

解决以上问题的方法就是，在导入图像时检查它们的Exif数据，在必要时旋转图像。Adam已经写好了一段代码：

代码语言：javascript
复制
import PIL.Image
import PIL.ImageOps
import numpy as np

def exif_transpose(img):

if not img:

return img


exif_orientation_tag = 274

# Check for EXIF data (only present on some files)
if hasattr(img, "_getexif") and isinstance(img._getexif(), dict) and exif_orientation_tag in img._getexif():
    exif_data = img._getexif()
    orientation = exif_data[exif_orientation_tag]

    # Handle EXIF Orientation
    if orientation == 1:
        # Normal image - nothing to do!
        pass
    elif orientation == 2:
        # Mirrored left to right
        img = img.transpose(PIL.Image.FLIP_LEFT_RIGHT)
    elif orientation == 3:
        # Rotated 180 degrees
        img = img.rotate(180)
    elif orientation == 4:
        # Mirrored top to bottom
        img = img.rotate(180).transpose(PIL.Image.FLIP_LEFT_RIGHT)
    elif orientation == 5:
        # Mirrored along top-left diagonal
        img = img.rotate(-90, expand=True).transpose(PIL.Image.FLIP_LEFT_RIGHT)
    elif orientation == 6:
        # Rotated 90 degrees
        img = img.rotate(-90, expand=True)
    elif orientation == 7:
        # Mirrored along top-right diagonal
        img = img.rotate(90, expand=True).transpose(PIL.Image.FLIP_LEFT_RIGHT)
    elif orientation == 8:
        # Rotated 270 degrees
        img = img.rotate(90, expand=True)

return img



def load_image_file(file, mode='RGB'):

# Load the image with PIL

img = PIL.Image.open(file)


if hasattr(PIL.ImageOps, 'exif_transpose'):
    # Very recent versions of PIL can do exit transpose internally
    img = PIL.ImageOps.exif_transpose(img)
else:
    # Otherwise, do the exif transpose ourselves
    img = exif_transpose(img)

img = img.convert(mode)

return np.array(img)</code></pre></div></div><p>加入以上代码后，就可以正确地将图像导入Keras或TensorFlow了。</p><p>如果觉得麻烦，Adam还把上面的代码打包好了，在GitHub上这个项目叫做<strong>image_to_numpy</strong>。一行代码就可以完成安装：</p><div class="rno-markdown-code"><div class="rno-markdown-code-toolbar"><div class="rno-markdown-code-toolbar-info"><div class="rno-markdown-code-toolbar-item is-type"><span class="is-m-hidden">代码语言：</span>javascript</div></div><div class="rno-markdown-code-toolbar-opt"><div class="rno-markdown-code-toolbar-copy"><i class="icon-copy"></i><span class="is-m-hidden">复制</span></div></div></div><div class="developer-code-block"><pre class="prism-token token line-numbers language-javascript"><code class="language-javascript" style="margin-left:0">pip3 install image_to_numpy</code></pre></div></div><p>以后，你在自己的Python代码中加入这样几句即可。</p><div class="rno-markdown-code"><div class="rno-markdown-code-toolbar"><div class="rno-markdown-code-toolbar-info"><div class="rno-markdown-code-toolbar-item is-type"><span class="is-m-hidden">代码语言：</span>javascript</div></div><div class="rno-markdown-code-toolbar-opt"><div class="rno-markdown-code-toolbar-copy"><i class="icon-copy"></i><span class="is-m-hidden">复制</span></div></div></div><div class="developer-code-block"><pre class="prism-token token line-numbers language-javascript"><code class="language-javascript" style="margin-left:0">import matplotlib.pyplot as plt



import image_to_numpy


Load your image file


img = image_to_numpy.load_image_file("my_file.jpg")


Show it on the screen (or whatever you want to do)


plt.imshow(img)

plt.show()

传送门

原文链接：
https://medium.com/@ageitgey/the-dumb-reason-your-fancy-computer-vision-app-isnt-working-exif-orientation-73166c7d39da

快速导入旋转图像的image_to_numpy：
https://github.com/ageitgey/image_to_numpy

作者系网易新闻·网易号“各有态度”签约作者

#tensorflow#keras#numpy#https#python