本部署文档介绍了如何部署 Dataflow 流水线，以使用 Cloud Vision API 处理大规模图片文件。此流水线会将处理过的文件的结果存储在 BigQuery 中。您可以将这些文件用于分析目的或训练 BigQuery ML 模型。
您在此部署中创建的 Dataflow 流水线每天可处理数百万张图片。唯一的限制是您的 Vision API 配额。您可以根据扩容需求增加 Vision API 配额。
以下说明适用于数据工程师和数据科学家。本文档假定您具备使用 Apache Beam 的 Java SDK、GoogleSQL for BigQuery 和基本 Shell 脚本构建 Dataflow 流水线的基础知识。此外还假定您熟悉 Vision API。
架构
下图展示了构建机器学习视觉分析解决方案的系统流程。
在上图中，信息按以下方式流经架构：
- 客户端将图片文件上传到 Cloud Storage 存储桶。
- Cloud Storage 向 Pub/Sub 发送有关数据上传的消息。
- Pub/Sub 向 Dataflow 发出有关上传的通知。
- Dataflow 流水线将图片发送到 Vision API。
- Vision API 处理图片，然后返回注解。
- 该流水线将带注解的文件发送到 BigQuery，以供您进行分析。
目标
- 创建 Apache Beam 流水线，以对 Cloud Storage 中加载的图片进行图片分析。
- 使用 Dataflow Runner v2 以流处理模式运行 Apache Beam 流水线，以便在图片上传后立即对其进行分析。
- 使用 Vision API 针对一组特征类型分析图片。
- 使用 BigQuery 分析注解。
费用
在本文档中，您将使用 Google Cloud 的以下收费组件：
您可使用价格计算器根据您的预计使用情况来估算费用。
完成示例应用的构建后，您可以删除所创建的资源以避免继续计费。如需了解详情，请参阅清理。
准备工作
- 登录您的 Google Cloud 账号。如果您是 Google Cloud 新手，请创建一个账号来评估我们的产品在实际场景中的表现。新客户还可获享 $300 赠金，用于运行、测试和部署工作负载。
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In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.
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In the Google Cloud console, on the project selector page, select or create a Google Cloud project.
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在 Google Cloud 控制台中，激活 Cloud Shell。
Cloud Shell 会话随即会在 Google Cloud 控制台的底部启动，并显示命令行提示符。Cloud Shell 是一个已安装 Google Cloud CLI 且已为当前项目设置值的 Shell 环境。该会话可能需要几秒钟时间来完成初始化。
- 克隆包含 Dataflow 流水线的源代码的 GitHub 代码库：
git clone https://github.com/GoogleCloudPlatform/dataflow-vision-analytics.git - 找到该代码库的根文件夹：
cd dataflow-vision-analytics - 按照 GitHub 中 dataflow-vision-analytics 代码库的使用入门部分的说明来完成以下任务：
- 启用多个 API。
- 创建 Cloud Storage 存储分区。
- 创建 Pub/Sub 主题和订阅。
- 创建 BigQuery 数据集。
- 为此部署设置多个环境变量。
对所有实现的 Vision API 特征运行 Dataflow 流水线
Dataflow 流水线会请求并处理带注解的文件中一组特定的 Vision API 特征和属性。
下表中列出的参数特定于此部署中的 Dataflow 流水线。如需查看标准 Dataflow 执行参数的完整列表，请参阅设置 Dataflow 流水线选项。
| 参数名称 | 说明 |
|---|---|
|
要在对 Vision API 的请求中包含的图片的数量。默认值为 1。您最多可以将此值增加到 16。 |
|
输出 BigQuery 数据集的名称。 |
|
图片处理特征列表。 该流水线支持标签、位置标记、徽标、人脸、剪裁提示和图片属性特征。 |
|
此参数用于定义对 Vision API 的并行调用次数上限。默认值为 1。 |
|
包含各种注释的表名称的字符串参数。系统会为每个表提供默认值，例如 label_annotation。 |
|
当图片批次不完整时，处理图片之前等待的时长。默认值为 30 秒。 |
|
接收输入 Cloud Storage 通知的 Pub/Sub 订阅的 ID。 |
|
要用于 Vision API 的项目 ID。 |
在 Cloud Shell 中，运行以下命令，针对 Dataflow 数据流支持的所有特征类型处理图片：
./gradlew run --args=" \ --jobName=test-vision-analytics \ --streaming \ --runner=DataflowRunner \ --enableStreamingEngine \ --diskSizeGb=30 \ --project=${PROJECT} \ --datasetName=${BIGQUERY_DATASET} \ --subscriberId=projects/${PROJECT}/subscriptions/${GCS_NOTIFICATION_SUBSCRIPTION} \ --visionApiProjectId=${PROJECT} \ --features=IMAGE_PROPERTIES,LABEL_DETECTION,LANDMARK_DETECTION,LOGO_DETECTION,CROP_HINTS,FACE_DETECTION"专用服务账号需要拥有包含图片的存储桶的读取权限。换句话说，该账号必须具有针对该存储桶授予的
roles/storage.objectViewer角色。如需详细了解如何使用专用服务账号，请参阅 Dataflow 安全性和权限。
在新的浏览器标签页中打开显示的网址，或进入 Dataflow 作业页面，然后选择 test-vision-analytics 流水线。
几秒钟后，Dataflow 作业图会显示：
Dataflow 流水线现在正在运行，并等待接收来自 Pub/Sub 订阅的输入通知。
通过将六个示例文件上传到输入存储桶来触发 Dataflow 图片处理：
gcloud storage cp data-sample/* gs://${IMAGE_BUCKET}在 Google Cloud 控制台中，找到“自定义计数器”面板，然后使用该面板查看 Dataflow 中的自定义计数器，并验证 Dataflow 是否已处理所有六张图片。您可以使用面板的过滤功能找到正确的指标。如需仅显示以
numberOf前缀开头的计数器，请在过滤条件中输入numberOf。
在 Cloud Shell 中，验证是否已自动创建表：
bq query --nouse_legacy_sql "SELECT table_name FROM ${BIGQUERY_DATASET}.INFORMATION_SCHEMA.TABLES ORDER BY table_name"输出如下所示：
+----------------------+ | table_name | +----------------------+ | crop_hint_annotation | | face_annotation | | image_properties | | label_annotation | | landmark_annotation | | logo_annotation | +----------------------+
查看
landmark_annotation表的架构。LANDMARK_DETECTION特征会捕获从 API 调用返回的属性。bq show --schema --format=prettyjson ${BIGQUERY_DATASET}.landmark_annotation输出如下所示：
[ { "name":"gcs_uri", "type":"STRING" }, { "name":"feature_type", "type":"STRING" }, { "name":"transaction_timestamp", "type":"STRING" }, { "name":"mid", "type":"STRING" }, { "name":"description", "type":"STRING" }, { "name":"score", "type":"FLOAT" }, { "fields":[ { "fields":[ { "name":"x", "type":"INTEGER" }, { "name":"y", "type":"INTEGER" } ], "mode":"REPEATED", "name":"vertices", "type":"RECORD" } ], "name":"boundingPoly", "type":"RECORD" }, { "fields":[ { "fields":[ { "name":"latitude", "type":"FLOAT" }, { "name":"longitude", "type":"FLOAT" } ], "name":"latLon", "type":"RECORD" } ], "mode":"REPEATED", "name":"locations", "type":"RECORD" } ]运行以下
bq query命令，查看 API 生成的注解数据，以查看在这六张图片中发现的所有位置标记，并按最可能的得分对其进行排序：bq query --nouse_legacy_sql "SELECT SPLIT(gcs_uri, '/')[OFFSET(3)] file_name, description, score, locations FROM ${BIGQUERY_DATASET}.landmark_annotation ORDER BY score DESC"输出类似于以下内容：
+------------------+-------------------+------------+---------------------------------+ | file_name | description | score | locations | +------------------+-------------------+------------+---------------------------------+ | eiffel_tower.jpg | Eiffel Tower | 0.7251996 | ["POINT(2.2944813 48.8583701)"] | | eiffel_tower.jpg | Trocadéro Gardens | 0.69601923 | ["POINT(2.2892823 48.8615963)"] | | eiffel_tower.jpg | Champ De Mars | 0.6800974 | ["POINT(2.2986304 48.8556475)"] | +------------------+-------------------+------------+---------------------------------+
如需详细了解特定于注解的所有列，请参阅
AnnotateImageResponse。如需停止流处理流水线，请运行以下命令。即使没有更多的 Pub/Sub 通知要处理，流水线仍会继续运行。
gcloud dataflow jobs cancel --region ${REGION} $(gcloud dataflow jobs list --region ${REGION} --filter="NAME:test-vision-analytics AND STATE:Running" --format="get(JOB_ID)")以下部分包含更多分析图片不同图片特征的示例查询。
分析 Flickr30K 数据集
在本部分中，您将检测 Kaggle 上托管的公开 Flickr30k 图片数据集中的标签和位置标记。
在 Cloud Shell 中，更改 Dataflow 流水线参数，以便针对大型数据集优化流水线。如需提高吞吐量，请同时增加
batchSize和keyRange值。Dataflow 会根据需要扩缩工作器数量：./gradlew run --args=" \ --runner=DataflowRunner \ --jobName=vision-analytics-flickr \ --streaming \ --enableStreamingEngine \ --diskSizeGb=30 \ --autoscalingAlgorithm=THROUGHPUT_BASED \ --maxNumWorkers=5 \ --project=${PROJECT} \ --region=${REGION} \ --subscriberId=projects/${PROJECT}/subscriptions/${GCS_NOTIFICATION_SUBSCRIPTION} \ --visionApiProjectId=${PROJECT} \ --features=LABEL_DETECTION,LANDMARK_DETECTION \ --datasetName=${BIGQUERY_DATASET} \ --batchSize=16 \ --keyRange=5"由于数据集很大，因此您无法使用 Cloud Shell 从 Kaggle 检索图片并将其发送到 Cloud Storage 存储桶。您必须使用具有较大磁盘大小的虚拟机执行此操作。
如需检索基于 Kaggle 的图片并将其发送到 Cloud Storage 存储桶，请按照 GitHub 代码库中的模拟上传到存储桶的图片部分的说明操作。
如需通过查看 Dataflow 界面中可用的自定义指标来观察复制过程的进度，请进入 Dataflow 作业页面，然后选择
vision-analytics-flickr流水线。客户计数器应定期更改，直到 Dataflow 流水线处理所有文件。输出类似于“自定义计数器”面板的以下屏幕截图。数据集中的一个文件的类型错误，并且
rejectedFiles计数器反映了这一点。这些计数器值为近似值。您可能会看到更高的数字。此外，由于 Vision API 的处理准确性提高，注解数量很可能会发生变化。
如需确定是接近还是超过可用资源，请参阅 Vision API 配额页面。
在我们的示例中，Dataflow 流水线仅使用了其配额的大约 50%。根据您使用的配额百分比，您可以通过增加
keyRange参数的值来决定提高流水线的并行性。关停流水线：
gcloud dataflow jobs list --region $REGION --filter="NAME:vision-analytics-flickr AND STATE:Running" --format="get(JOB_ID)"
在 BigQuery 中分析注解
在此部署中，您已经处理了超过 3 万张图片进行标签和位置标记注解。在本部分中，您将收集有关这些文件的统计信息。您可以在 GoogleSQL for BigQuery 工作区中运行这些查询，也可以使用 bq 命令行工具。
请注意，您看到的数字可能与此部署中的示例查询结果不同。Vision API 会不断提高分析的准确性；在您最初测试解决方案后，Vision API 可以通过分析同一张图片来生成更丰富的结果。
在 Google Cloud 控制台中，进入 BigQuery 查询编辑器页面，然后运行以下命令查看数据集中的前 20 个标签：
SELECT description, count(*)ascount \ FROM vision_analytics.label_annotation GROUP BY description ORDER BY count DESC LIMIT 20输出类似于以下内容：
+------------------+-------+ | description | count | +------------------+-------+ | Leisure | 7663 | | Plant | 6858 | | Event | 6044 | | Sky | 6016 | | Tree | 5610 | | Fun | 5008 | | Grass | 4279 | | Recreation | 4176 | | Shorts | 3765 | | Happy | 3494 | | Wheel | 3372 | | Tire | 3371 | | Water | 3344 | | Vehicle | 3068 | | People in nature | 2962 | | Gesture | 2909 | | Sports equipment | 2861 | | Building | 2824 | | T-shirt | 2728 | | Wood | 2606 | +------------------+-------+
确定具有特定标签的图片上存在哪些其他标签，按频率排序：
DECLARE label STRING DEFAULT 'Plucked string instruments'; WITH other_labels AS ( SELECT description, COUNT(*) count FROM vision_analytics.label_annotation WHERE gcs_uri IN ( SELECT gcs_uri FROM vision_analytics.label_annotation WHERE description = label ) AND description != label GROUP BY description) SELECT description, count, RANK() OVER (ORDER BY count DESC) rank FROM other_labels ORDER BY rank LIMIT 20;输出如下所示。对于上述命令中使用的 Papped string instrumentation 标签，您应该会看到：
+------------------------------+-------+------+ | description | count | rank | +------------------------------+-------+------+ | String instrument | 397 | 1 | | Musical instrument | 236 | 2 | | Musician | 207 | 3 | | Guitar | 168 | 4 | | Guitar accessory | 135 | 5 | | String instrument accessory | 99 | 6 | | Music | 88 | 7 | | Musical instrument accessory | 72 | 8 | | Guitarist | 72 | 8 | | Microphone | 52 | 10 | | Folk instrument | 44 | 11 | | Violin family | 28 | 12 | | Hat | 23 | 13 | | Entertainment | 22 | 14 | | Band plays | 21 | 15 | | Jeans | 17 | 16 | | Plant | 16 | 17 | | Public address system | 16 | 17 | | Artist | 16 | 17 | | Leisure | 14 | 20 | +------------------------------+-------+------+
查看检测到的前 10 个位置标记：
SELECT description, COUNT(description) AS count FROM vision_analytics.landmark_annotation GROUP BY description ORDER BY count DESC LIMIT 10输出如下所示：
+--------------------+-------+ | description | count | +--------------------+-------+ | Times Square | 55 | | Rockefeller Center | 21 | | St. Mark's Square | 16 | | Bryant Park | 13 | | Millennium Park | 13 | | Ponte Vecchio | 13 | | Tuileries Garden | 13 | | Central Park | 12 | | Starbucks | 12 | | National Mall | 11 | +--------------------+-------+
确定最有可能包含瀑布的图片：
SELECT SPLIT(gcs_uri, '/')[OFFSET(3)] file_name, description, score FROM vision_analytics.landmark_annotation WHERE LOWER(description) LIKE '%fall%' ORDER BY score DESC LIMIT 10输出如下所示：
+----------------+----------------------------+-----------+ | file_name | description | score | +----------------+----------------------------+-----------+ | 895502702.jpg | Waterfall Carispaccha | 0.6181358 | | 3639105305.jpg | Sahalie Falls Viewpoint | 0.44379658 | | 3672309620.jpg | Gullfoss Falls | 0.41680416 | | 2452686995.jpg | Wahclella Falls | 0.39005348 | | 2452686995.jpg | Wahclella Falls | 0.3792498 | | 3484649669.jpg | Kodiveri Waterfalls | 0.35024035 | | 539801139.jpg | Mallela Thirtham Waterfall | 0.29260656 | | 3639105305.jpg | Sahalie Falls | 0.2807213 | | 3050114829.jpg | Kawasan Falls | 0.27511594 | | 4707103760.jpg | Niagara Falls | 0.18691841 | +----------------+----------------------------+-----------+
在罗马斗兽场 3 公里的范围内查找位置标记图片（
ST_GEOPOINT函数使用斗兽场的经度和纬度）：WITH landmarksWithDistances AS ( SELECT gcs_uri, description, location, ST_DISTANCE(location, ST_GEOGPOINT(12.492231, 41.890222)) distance_in_meters, FROM `vision_analytics.landmark_annotation` landmarks CROSS JOIN UNNEST(landmarks.locations) AS location ) SELECT SPLIT(gcs_uri,"/")[OFFSET(3)] file, description, ROUND(distance_in_meters) distance_in_meters, location, CONCAT("https://storage.cloud.google.com/", SUBSTR(gcs_uri, 6)) AS image_url FROM landmarksWithDistances WHERE distance_in_meters < 3000 ORDER BY distance_in_meters LIMIT 100运行查询时，您会看到多张斗兽场图片，但也包括了君士坦丁拱门、帕拉蒂诺山和许多其他经常拍摄的地点的图片。
通过粘贴上一个查询，您可以在 BigQuery Geo Viz 中直观呈现数据。在地图上选择一个点即可查看其详细信息。
Image_url属性包含图片文件的链接。
关于查询结果，需要注意一点。位置标记通常存在位置信息。同一张图片可以包含同一地标的多个位置。
AnnotateImageResponse 类型中介绍了此功能。
由于一个位置可能表示图片中的场景位置，因此可能存在多个 LocationInfo 元素。另一个位置可能表示图片的拍摄位置。
清理
为避免因本指南中使用的资源导致您的 Google Cloud 账号产生费用，请删除包含这些资源的项目，或者保留项目但删除各个资源。
删除 Google Cloud 项目
避免产生费用的最简单的方法是删除您为本教程创建的 Google Cloud 项目。
- 在 Google Cloud 控制台中，进入管理资源页面。
- 在项目列表中，选择要删除的项目，然后点击删除。
- 在对话框中输入项目 ID，然后点击关闭以删除项目。
如果您决定逐个删除资源，请按照 GitHub 代码库的清理部分中的步骤操作。
后续步骤
- 如需查看更多参考架构、图表和最佳实践，请浏览云架构中心。
贡献者
作者：
- Masud Hasan | 站点可靠性工程经理
- Sergei Lilichenko | 解决方案架构师
- Lakshmanan Sethu | 技术支持客户经理
其他贡献者：
- Jiyeon Kang | 客户工程师
- Sunil Kumar Jang Bahadur | 客户工程师
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