Mask R-CNN训练自己的数据集

news2024/7/6 18:01:00

数据集制作

通常使用labelme来制作实例分割数据集，也有教程和代码来转换成COCO数据集。labelme项目地址为：https://github.com/wkentaro/labelme/tree/main

安装labelme

conda create --name=labelme python=3
conda activate labelme
pip install labelme

# or install standalone executable/app from:
# https://github.com/wkentaro/labelme/releases

标注分割区域

在labelme标注区域时，对于存在遮挡的物体，可以利用labelme标签里的group选项。如下图所示，elephant有两部分区域，group都设置为0.

转换为COCO数据集

在labelme项目下的examples/instance_segmentation文件夹中提供转VOC和COCO两种格式的数据和脚本。本文只对转COCO格式进行描述，文件结构如下所示。

图像和标签文件
数据集的类别
对于自定义数据集，按照以上的结果准备好图像数据和标签数据，即data_annotated文件夹中的内容。运行如下代码，转换为COCO格式的数据集。

python labelme2coco.py data_annotated/ coco --labels labels.txt

完成之后，会在输出文件夹下得到如下的内容。
转换后的COCO数据
一个小的点，在保存json文件时，可以将代码修改成如下，得到的json文件看起来比较美观，同时支持中文。

with open(out_ann_file, "w") as f:
    json.dump(data, f, indent=2, ensure_ascii=False))
    #ensure_ascii=False可以消除json包含中文的乱码问题

Mask R-CNN训练

本文的环境配置如下：

pytorch==1.7.0
torchvision==0.8.0
mmcv-full==1.2.7
mmdet==2.8.0

config文件修改

model config

在model的配置部分，唯一需要修改的是num_classes参数，根据数据集修改对应值。

# model settings

num_classes=1

model = dict(
    type='MaskRCNN',
    pretrained='torchvision://resnet50',
    backbone=dict(
        type='ResNet',
        depth=50,
        num_stages=4,
        out_indices=(0, 1, 2, 3),
        frozen_stages=1,
        norm_cfg=dict(type='BN', requires_grad=True),
        norm_eval=True,
        style='pytorch'),
    neck=dict(
        type='FPN',
        in_channels=[256, 512, 1024, 2048],
        out_channels=256,
        num_outs=5),
    rpn_head=dict(
        type='RPNHead',
        in_channels=256,
        feat_channels=256,
        anchor_generator=dict(
            type='AnchorGenerator',
            scales=[8],
            ratios=[0.5, 1.0, 2.0],
            strides=[4, 8, 16, 32, 64]),
        bbox_coder=dict(
            type='DeltaXYWHBBoxCoder',
            target_means=[.0, .0, .0, .0],
            target_stds=[1.0, 1.0, 1.0, 1.0]),
        loss_cls=dict(
            type='CrossEntropyLoss', use_sigmoid=True, loss_weight=1.0),
        loss_bbox=dict(type='L1Loss', loss_weight=1.0)),
    roi_head=dict(
        type='StandardRoIHead',
        bbox_roi_extractor=dict(
            type='SingleRoIExtractor',
            roi_layer=dict(type='RoIAlign', output_size=7, sampling_ratio=0),
            out_channels=256,
            featmap_strides=[4, 8, 16, 32]),
        bbox_head=dict(
            type='Shared2FCBBoxHead',
            in_channels=256,
            fc_out_channels=1024,
            roi_feat_size=7,
            num_classes=num_classes,
            bbox_coder=dict(
                type='DeltaXYWHBBoxCoder',
                target_means=[0., 0., 0., 0.],
                target_stds=[0.1, 0.1, 0.2, 0.2]),
            reg_class_agnostic=False,
            loss_cls=dict(
                type='CrossEntropyLoss', use_sigmoid=False, loss_weight=1.0),
            loss_bbox=dict(type='L1Loss', loss_weight=1.0)),
        mask_roi_extractor=dict(
            type='SingleRoIExtractor',
            roi_layer=dict(type='RoIAlign', output_size=14, sampling_ratio=0),
            out_channels=256,
            featmap_strides=[4, 8, 16, 32]),
        mask_head=dict(
            type='FCNMaskHead',
            num_convs=4,
            in_channels=256,
            conv_out_channels=256,
            num_classes=num_classes,
            loss_mask=dict(
                type='CrossEntropyLoss', use_mask=True, loss_weight=1.0))))
# model training and testing settings
train_cfg = dict(
    rpn=dict(
        assigner=dict(
            type='MaxIoUAssigner',
            pos_iou_thr=0.7,
            neg_iou_thr=0.3,
            min_pos_iou=0.3,
            match_low_quality=True,
            ignore_iof_thr=-1),
        sampler=dict(
            type='RandomSampler',
            num=256,
            pos_fraction=0.5,
            neg_pos_ub=-1,
            add_gt_as_proposals=False),
        allowed_border=-1,
        pos_weight=-1,
        debug=False),
    rpn_proposal=dict(
        nms_across_levels=False,
        nms_pre=2000,
        nms_post=1000,
        max_num=1000,
        nms_thr=0.7,
        min_bbox_size=0),
    rcnn=dict(
        assigner=dict(
            type='MaxIoUAssigner',
            pos_iou_thr=0.5,
            neg_iou_thr=0.5,
            min_pos_iou=0.5,
            match_low_quality=True,
            ignore_iof_thr=-1),
        sampler=dict(
            type='RandomSampler',
            num=512,
            pos_fraction=0.25,
            neg_pos_ub=-1,
            add_gt_as_proposals=True),
        mask_size=28,
        pos_weight=-1,
        debug=False))
test_cfg = dict(
    rpn=dict(
        nms_across_levels=False,
        nms_pre=1000,
        nms_post=1000,
        max_num=1000,
        nms_thr=0.7,
        min_bbox_size=0),
    rcnn=dict(
        score_thr=0.05,
        nms=dict(type='nms', iou_threshold=0.5),
        max_per_img=100,
        mask_thr_binary=0.5))

data config

在data的配置部分，需要修改data_root，classes参数来指明数据集的路径，以及对应的类别名列表。对于训练集、验证集和测试集的ann_file和img_prefix两个参数需要进行调整。

dataset_type = 'CocoDataset'

img_norm_cfg = dict(
    mean=[123.675, 116.28, 103.53], std=[58.395, 57.12, 57.375], to_rgb=True)

train_pipeline = [
    dict(type='LoadImageFromFile'),
    dict(type='LoadAnnotations', with_bbox=True, with_mask=True),
    dict(type='Resize', img_scale=(416, 416), keep_ratio=True),
    dict(type='RandomFlip', flip_ratio=0.5),
    dict(type='Normalize', **img_norm_cfg),
    dict(type='Pad', size_divisor=32),
    dict(type='DefaultFormatBundle'),
    dict(type='Collect', keys=['img', 'gt_bboxes', 'gt_labels', 'gt_masks']),
]
test_pipeline = [
    dict(type='LoadImageFromFile'),
    dict(
        type='MultiScaleFlipAug',
        img_scale=(416, 416),
        flip=False,
        transforms=[
            dict(type='Resize', keep_ratio=True),
            dict(type='RandomFlip'),
            dict(type='Normalize', **img_norm_cfg),
            dict(type='Pad', size_divisor=32),
            dict(type='ImageToTensor', keys=['img']),
            dict(type='Collect', keys=['img']),
        ])
]

data_root = 'datasets/xuzhou2_single_jietou/'
classes=["jietou"]
data = dict(
    samples_per_gpu=32,
    workers_per_gpu=1,
    # dataset type
    train=dict(
        type=dataset_type,
        ann_file=data_root + 'annotations/instances_jietou_train20231016.json',
        img_prefix=data_root + 'train/',
        pipeline=train_pipeline,
        classes=classes
        ),
    val=dict(
        type=dataset_type,
        ann_file=data_root + 'annotations/instances_jietou_val20231016.json',
        img_prefix=data_root + 'val/',
        pipeline=test_pipeline,
        classes=classes
        ),
    test=dict(
        type=dataset_type,
        ann_file=data_root + 'annotations/instances_jietou_val20231016.json',
        img_prefix=data_root + 'val/',
        pipeline=test_pipeline,
        classes=classes
        ),
    )
evaluation = dict(
                    interval=10,   
                    metric=['bbox', 'segm']
                    )

优化器和学习率的配置

使用随机梯度下降法来更新参数，修改学习率的优化策略为warmup+余弦衰减策略。

# optimizer
optimizer = dict(type='SGD', lr=0.02, momentum=0.9, weight_decay=0.0001)
optimizer_config = dict(grad_clip=None)

# Learning rate scheduler config used to register LrUpdater hook
lr_config = dict(
    policy='CosineAnnealing', 
    min_lr=0,
    warmup='linear',
    warmup_iters=25,
    warmup_ratio=0.001,
    warmup_by_epoch=True
)
total_epochs = 150

runtime配置

修改权重保存间隔为5个epoch保存一次。

checkpoint_config = dict(interval=5)
# yapf:disable
log_config = dict(
    interval=1,
    hooks=[
        dict(type='TextLoggerHook'),
        # dict(type='TensorboardLoggerHook')
    ])
# yapf:enable
dist_params = dict(backend='nccl')
log_level = 'INFO'
load_from = None
resume_from = None
workflow = [('train', 1)]

训练

通过运行如下命令，即可开启Mask R-CNN的训练。

CUDA_VISIBLE_DEVICES=4,5,6,7 \
bash tools/dist_train.sh configs/aaaa/mask_rcnn_r50_fpn_custom.py 4

测试

通过运行test.py文件，来开启单GPU的测试，命令如下。

python tools/test.py /path/to/config_file /path/to/checkpoint_file --eval bbox segm

常见问题

Q1：oserror: [errno 39] directory not empty "eval_hook"

通过注释mmdet/core/evaluation/eval_hooks.py文件中的tmpdir内容，具体操作是将multi_gpu_test函数中的tmpdir设置为None。

results = multi_gpu_test(
    runner.model,
    self.dataloader,
    # tmpdir=tmpdir,
    tmpdir=None,
    gpu_collect=self.gpu_collect)

参考链接

【实例分割（一）】Detectron2 数据集制作并注册数据集训练 - 古月居
【实例分割（二）】Mask2Former 数据集制作和训练 - 古月居
【深度学习】YOLOv5实例分割数据集制作、模型训练以及TensorRT部署
利用labelme制作实例分割数据集_labelme实例分割_Jiazhou_garland的博客-CSDN博客

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