# coding: utf-8
 
"""
物體檢測(cè)標(biāo)注小工具
基本思路：
對(duì)要標(biāo)注的圖像建立一個(gè)窗口循環(huán)，然后每次循環(huán)的時(shí)候?qū)D像進(jìn)行一次復(fù)制，
鼠標(biāo)在畫面上畫框的操作、畫好的框的相關(guān)信息在全局變量中保存，
并且在每個(gè)循環(huán)中根據(jù)這些信息，在復(fù)制的圖像上重新畫一遍，然后顯示這份復(fù)制的圖像。
簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)過(guò)程：
1、輸入是一個(gè)文件夾的路徑，包含了所需標(biāo)注物體框的圖片。
如果圖片中標(biāo)注了物體，則生成一個(gè)相同名稱加額外后綴_bbox的文件，來(lái)保存標(biāo)注信息。
2、標(biāo)注的方式：按下鼠標(biāo)左鍵選擇物體框的左上角，松開鼠標(biāo)左鍵選擇物體框的右下角，
按下鼠標(biāo)右鍵刪除上一個(gè)標(biāo)注好的物體框。
所有待標(biāo)注物體的類別和標(biāo)注框顏色由用戶自定義。
如果沒(méi)有定義則默認(rèn)只標(biāo)注一種物體，定義該物體名稱為Object。
3、方向鍵 ← 和 → 鍵用來(lái)遍歷圖片， ↑ 和 ↓ 鍵用來(lái)選擇當(dāng)前要標(biāo)注的物體，
Delete鍵刪除一種臟圖片和對(duì)應(yīng)的標(biāo)注信息。
自定義標(biāo)注物體和顏色的信息用一個(gè)元組表示
第一個(gè)元素表示物體名字
第二個(gè)元素表示BGR顏色的tuple或者代表標(biāo)注框坐標(biāo)的元祖
利用repr()保存和eval()讀取
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"""
一些說(shuō)明：
1. 標(biāo)注相關(guān)的物體標(biāo)簽文件即 .labels 結(jié)尾的文件，需要與所選文件夾添加到同一個(gè)根目錄下
一定要注意這一點(diǎn)，否則無(wú)法更新標(biāo)注物體的類型標(biāo)簽，致使從始至終都只有一個(gè)默認(rèn)物體出現(xiàn)
我就是這個(gè)原因，拖了兩三天才整好，當(dāng)然也順便仔細(xì)的讀了這篇代碼。同時(shí)也學(xué)習(xí)了@staticmethod以及相應(yīng)Python的decorator的知識(shí)。
可以說(shuō)，在曲折中前進(jìn)才是棒的。
2. .labels文件為預(yù)設(shè)物體標(biāo)簽文件，其內(nèi)容具體格式為:
'object1', (B, G, R)
'object2', (B, G, R)
'object3', (B, G, R)……
具體見文后圖片。
3. 最后生成的標(biāo)注文件，在文后會(huì)有，到時(shí)再進(jìn)行解釋。
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import os
import cv2
# tkinter是Python內(nèi)置的簡(jiǎn)單GUI庫(kù)，實(shí)現(xiàn)打開文件夾、確認(rèn)刪除等操作十分方便
from tkMessageBox import askyesno
# 定義標(biāo)注窗口的默認(rèn)名稱
WINDOW_NAME = 'Simple Bounding Box Labeling Tool'
# 定義畫面刷新幀率
FPS = 24
# 定義支持的圖像格式
SUPPORTED_FORMATS = ['jpg', 'jpeg', 'png']
# 定義默認(rèn)物體框的名字為Object，顏色為藍(lán)色，當(dāng)沒(méi)有用戶自定義物體時(shí)，使用該物體
DEFAULT_COLOR = {'Object': (255, 0, 0)}
# 定義灰色，用于信息顯示的背景和未定義物體框的顯示
COLOR_GRAY = (192, 192, 192)
# 在圖像下方多處BAR_HEIGHT的區(qū)域，用于顯示信息
BAR_HEIGHT = 16
# 上下左右,DELETE鍵對(duì)應(yīng)的cv2.waitKey()函數(shù)的返回值
KEY_UP = 2490368
KEY_DOWN = 2621440
KEY_LEFT = 2424832
KEY_RIGHT = 2555904
KEY_DELETE = 3014656
# 空鍵用于默認(rèn)循環(huán)
KEY_EMPTY = 0
get_bbox_name = '{}.bbox'.format
 
 
# 定義物體框標(biāo)注工具類
class SimpleBBoxLabeling:
 def __init__(self, data_dir, fps=FPS, windown_name=WINDOW_NAME):
  self._data_dir = data_dir
  self.fps = fps
  self.window_name = windown_name if windown_name else WINDOW_NAME
 
  # pt0 是正在畫的左上角坐標(biāo), pt1 是鼠標(biāo)所在坐標(biāo)
  self._pt0 = None
  self._pt1 = None
  # 表明當(dāng)前是否正在畫框的狀態(tài)標(biāo)記
  self._drawing = False
  # 當(dāng)前標(biāo)注物體的名稱
  self._cur_label = None
  # 當(dāng)前圖像對(duì)應(yīng)的所有已標(biāo)注框
  self._bboxes = []
  # 如果有用戶自己定義的標(biāo)注信息則讀取，否則使用默認(rèn)的物體和顏色
  label_path = '{}.labels'.format(self._data_dir)
  self.label_colors = DEFAULT_COLOR if not os.path.exists(label_path) else self.load_labels(label_path)
  # self.label_colors = self.load_labels(label_path)
  # 獲取已經(jīng)標(biāo)注的文件列表和未標(biāo)注的文件列表
  imagefiles = [x for x in os.listdir(self._data_dir) if x[x.rfind('.') + 1:].lower() in SUPPORTED_FORMATS]
  labeled = [x for x in imagefiles if os.path.exists(get_bbox_name(x))]
  to_be_labeled = [x for x in imagefiles if x not in labeled]
 
  # 每次打開一個(gè)文件夾，都自動(dòng)從還未標(biāo)注的第一張開始
  self._filelist = labeled + to_be_labeled
  self._index = len(labeled)
  if self._index > len(self._filelist) - 1:
   self._index = len(self._filelist) - 1
 
 # 鼠標(biāo)回調(diào)函數(shù)
 def _mouse_ops(self, event, x, y, flags, param):
  # 按下左鍵，坐標(biāo)為左上角，同時(shí)表示開始畫框，改變drawing，標(biāo)記為True
  if event == cv2.EVENT_LBUTTONDOWN:
   self._drawing = True
   self._pt0 = (x, y)
  # 松開左鍵，表明畫框結(jié)束，坐標(biāo)為有效較并保存，同時(shí)改變drawing，標(biāo)記為False
  elif event == cv2.EVENT_LBUTTONUP:
   self._drawing = False
   self._pt1 = (x, y)
   self._bboxes.append((self._cur_label, (self._pt0, self._pt1)))
  # 實(shí)時(shí)更新右下角坐標(biāo)
  elif event == cv2.EVENT_MOUSEMOVE:
   self._pt1 = (x, y)
  # 按下鼠標(biāo)右鍵刪除最近畫好的框
  elif event == cv2.EVENT_RBUTTONUP:
   if self._bboxes:
    self._bboxes.pop()
 
 # 清除所有標(biāo)注框和當(dāng)前狀態(tài)
 def _clean_bbox(self):
  self._pt0 = None
  self._pt1 = None
  self._drawing = False
  self._bboxes = []
 
 # 畫標(biāo)注框和當(dāng)前信息的函數(shù)
 def _draw_bbox(self, img):
  # 在圖像下方多出BAR_HEIGHT的區(qū)域，顯示物體信息
  h, w = img.shape[:2]
  canvas = cv2.copyMakeBorder(img, 0, BAR_HEIGHT, 0, 0, cv2.BORDER_CONSTANT, value=COLOR_GRAY)
  # 正在標(biāo)注的物體信息，如果鼠標(biāo)左鍵已經(jīng)按下，則像是兩個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)，否則顯示當(dāng)前待標(biāo)注物體的名
  label_msg = '{}: {}, {}'.format(self._cur_label, self._pt0, self._pt1) \
   if self._drawing \
   else 'Current label: {}'.format(self._cur_label)
  # 顯示當(dāng)前文件名，文件個(gè)數(shù)信息
  msg = '{}/{}: {} | {}'.format(self._index + 1, len(self._filelist), self._filelist[self._index], label_msg)
  cv2.putText(canvas, msg, (1, h+12), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 0, 0), 1)
  # 畫出已經(jīng)標(biāo)好的框和對(duì)應(yīng)名字
  for label, (bpt0, bpt1) in self._bboxes:
   label_color = self.label_colors[label] if label in self.label_colors else COLOR_GRAY
   cv2.rectangle(canvas, bpt0, bpt1, label_color, thickness=2)
   cv2.putText(canvas, label, (bpt0[0]+3, bpt0[1]+15), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, label_color, 2)
  # 畫正在標(biāo)注的框和對(duì)應(yīng)名字
  if self._drawing:
   label_color = self.label_colors[self._cur_label] if self._cur_label in self.label_colors else COLOR_GRAY
   if (self._pt1[0] >= self._pt0[0]) and (self._pt1[1] >= self._pt1[0]):
    cv2.rectangle(canvas, self._pt0, self._pt1, label_color, thickness=2)
   cv2.putText(canvas, self._cur_label, (self._pt0[0] + 3, self._pt0[1] + 15),
      cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, label_color, 2)
  return canvas
 
 # 利用repr()函數(shù)導(dǎo)出標(biāo)注框數(shù)據(jù)到文件
 @staticmethod
 def export_bbox(filepath, bboxes):
  if bboxes:
   with open(filepath, 'w') as f:
    for bbox in bboxes:
     line = repr(bbox) + '\n'
     f.write(line)
  elif os.path.exists(filepath):
   os.remove(filepath)
 
 # 利用eval()函數(shù)讀取標(biāo)注框字符串到數(shù)據(jù)
 @staticmethod
 def load_bbox(filepath):
  bboxes = []
  with open(filepath, 'r') as f:
   line = f.readline().rstrip()
   while line:
    bboxes.append(eval(line))
    line = f.readline().rstrip()
  return bboxes
 
 # 利用eval()函數(shù)讀取物體及對(duì)應(yīng)顏色信息到數(shù)據(jù)
 @staticmethod
 def load_labels(filepath):
  label_colors = {}
  with open(filepath, 'r') as f:
   line = f.readline().rstrip()
   while line:
    label, color = eval(line)
    label_colors[label] = color
    line = f.readline().rstrip()
  print label_colors
  return label_colors
 
 # 讀取圖像文件和對(duì)應(yīng)標(biāo)注框信息（如果有的話）
 @staticmethod
 def load_sample(filepath):
  img = cv2.imread(filepath)
  bbox_filepath = get_bbox_name(filepath)
  bboxes = []
  if os.path.exists(bbox_filepath):
   bboxes = SimpleBBoxLabeling.load_bbox(bbox_filepath)
  return img, bboxes
 
 # 導(dǎo)出當(dāng)前標(biāo)注框信息并清空
 def _export_n_clean_bbox(self):
  bbox_filepath = os.sep.join([self._data_dir, get_bbox_name(self._filelist[self._index])])
  self.export_bbox(bbox_filepath, self._bboxes)
  self._clean_bbox()
 
 # 刪除當(dāng)前樣本和對(duì)應(yīng)的標(biāo)注框信息
 def _delete_current_sample(self):
  filename = self._filelist[self._index]
  filepath = os.sep.join([self._data_dir, filename])
  if os.path.exists(filepath):
    os.remove(filepath)
  filepath = get_bbox_name(filepath)
  if os.path.exists(filepath):
    os.remove(filepath)
  self._filelist.pop(self._index)
  print('{} is deleted!'.format(filename))
 
 # 開始OpenCV窗口循環(huán)的方法，程序的主邏輯
 def start(self):
  # 之前標(biāo)注的文件名，用于程序判斷是否需要執(zhí)行一次圖像讀取
  last_filename = ''
 
  # 標(biāo)注物體在列表中的下標(biāo)
  label_index = 0
 
  # 所有標(biāo)注物體名稱的列表
  labels = self.label_colors.keys()
 
  # 帶標(biāo)注物體的種類數(shù)
  n_labels = len(labels)
 
  # 定義窗口和鼠標(biāo)回調(diào)
  cv2.namedWindow(self.window_name)
  cv2.setMouseCallback(self.window_name, self._mouse_ops)
  key = KEY_EMPTY
 
  # 定義每次循環(huán)的持續(xù)時(shí)間
  delay = int(1000 / FPS)
 
  # 只要沒(méi)有按下Delete鍵，就持續(xù)循環(huán)
  while key != KEY_DELETE:
   # 上下方向鍵選擇當(dāng)前標(biāo)注物體
   if key == KEY_UP:
    if label_index == 0:
     pass
    else:
     label_index -= 1
   elif key == KEY_DOWN:
    if label_index == n_labels - 1:
     pass
    else:
     label_index += 1
   # 左右方向鍵選擇標(biāo)注圖片
   elif key == KEY_LEFT:
    # 已經(jīng)到了第一張圖片的話就不需要清空上一張
    if self._index > 0:
     self._export_n_clean_bbox()
    self._index -= 1
    if self._index < 0:
     self._index = 0
   elif key == KEY_RIGHT:
    # 已經(jīng)到了最后一張圖片的就不需要清空上一張
    if self._index < len(self._filelist) - 1:
     self._export_n_clean_bbox()
    self._index += 1
    if self._index > len(self._filelist) - 1:
     self._index = len(self._filelist) - 1
   # 刪除當(dāng)前圖片和對(duì)應(yīng)標(biāo)注的信息
   elif key == KEY_DELETE:
    if askyesno('Delete Sample', 'Are you sure?'):
     self._delete_current_sample()
     key = KEY_EMPTY
     continue
   # 如果鍵盤操作執(zhí)行了換圖片， 則重新讀取， 更新圖片
   filename = self._filelist[self._index]
   if filename != last_filename:
    filepath = os.sep.join([self._data_dir, filename])
    img, self._bboxes = self.load_sample(filepath)
   # 更新當(dāng)前標(biāo)注物體名稱
   self._cur_label = labels[label_index]
   # 把標(biāo)注和相關(guān)信息畫在圖片上并顯示指定的時(shí)間
   canvas = self._draw_bbox(img)
   cv2.imshow(self.window_name, canvas)
   key = cv2.waitKey(delay)
   # 當(dāng)前文件名就是下次循環(huán)的老文件名
   last_filename = filename
  print 'Finished!'
  cv2.destroyAllWindows()
  #如果退出程序，需要對(duì)當(dāng)前文件進(jìn)行保存
  self.export_bbox(os.sep.join([self._data_dir, get_bbox_name(filename)]), self._bboxes)
  print 'Labels updated!'

# coding:utf-8
 
# tkinter是Python內(nèi)置的簡(jiǎn)單GUI庫(kù)，實(shí)現(xiàn)打開文件夾、確認(rèn)刪除等操作十分方便
from tkFileDialog import askdirectory
# 導(dǎo)入創(chuàng)建的工具類
from SimpleBBoxLabeling import SimpleBBoxLabeling
 
if __name__ == '__main__':
 dir_with_images = askdirectory(title='Where is the images?')
 labeling_task = SimpleBBoxLabeling(dir_with_images)
 labeling_task.start()