利用pycocotools库计算MAP:生成coco格式 json文件数据集和计算map值

news2024/10/2 20:38:32

文章目录

    • 1.划分val数据集
    • 2. xml to json
    • 3. coco格式json文件
    • 4. 生成coco格式json文件
    • 5.使用pycocotools计算map
    • 6. 讨论

在目标检测任务中,需要通过Map指标判断模型的精度。为了测试engine文件推理结果的精度,本文介绍了如何使用pycocotools库计算Map,在此之前需要根据coco格式生成json文件。
必须按照coco格式生成json,顺序都要保持一致才行,否则报错不通过。

1.划分val数据集

在做验证时,需要提前划分好val数据集。本文采用labelimg工具画框,因此需要对xml和image文件进行划分。

# coding:utf-8

import os
import random
import argparse
from pathlib import Path
import shutil


def move_xml_img(save_path, xml_path, img_path, percent):
    total_img = os.listdir(img_path)
    num = len(total_img)
    percen_img = int(num * percent)
    print("Image Num: ", percen_img)
    train_lists = random.sample(total_img, percen_img)

    save_img_path = save_path + '/' + "images"
    save_xml_path = save_path + '/' + "xml"
    if not os.path.exists(save_img_path):
        os.makedirs(save_img_path)
    if not os.path.exists(save_xml_path):
        os.makedirs(save_xml_path)

    for list in train_lists:
        name = Path(list).stem
        save_img_path = save_path + '/' + "images" + '/'
        save_xml_path = save_path + '/' + "xml" + '/'
        img = img_path + name + ".bmp"
        xml = xml_path + name + ".xml"
        # print(img)
        shutil.copy(img, save_img_path)
        shutil.copy(xml, save_xml_path)


if __name__ == '__main__':
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument('--xml_path', default='E:/datasets/titanium/xml/', type=str, help='input xml label path')
    parser.add_argument('--img_path', default='E:/datasets/titanium/img/', type=str, help='input image label path')
    parser.add_argument('--save_path', default='E:/datasets/val_titanium/', type=str, help='output txt label path')
    opt = parser.parse_args()

    val_percent = 0.2  # 训练集所占比例,可自己进行调整

    xml_path = opt.xml_path
    img_path = opt.img_path
    save_path = opt.save_path

    val_path = save_path + '/' + "val"

    print("Val datasets start")
    move_xml_img(val_path, xml_path, img_path, val_percent)
    print("Val datasets end")
    print("End split train and val datasets")

  • xml_path:表示全部数据集xml的路径
  • img_path:表示全部数据集image的路径
  • save_path:表示划分之后val验证数据集存放的路径,会在save_path目录下生成image和xml路径
  • val_percent :调节验证集的数据,0.2表示比例

运行完上述代码会在save_path目录下生成val验证数据集。

2. xml to json

本文将val GT 数据集转cooc格式json文件都采用的txt转json的方式,因此需要将val数据集的xml文件转换为txt文件,提供代码如下:

# -*- coding: utf-8 -*-
import xml.etree.ElementTree as ET
import os
from pathlib import Path

class_name = ['normal', 'iron', 'crystal', 'impurity']
get_name = {}


def convert(size, box):
    dw = 1. / (size[0])
    dh = 1. / (size[1])
    x = (box[0] + box[1]) / 2.0 - 1
    y = (box[2] + box[3]) / 2.0 - 1
    w = box[1] - box[0]
    h = box[3] - box[2]
    x = x * dw
    w = w * dw
    y = y * dh
    h = h * dh
    return x, y, w, h

def convert_annotation(xml_file, save_txt_file):
    in_file = open(xml_file, encoding='UTF-8')
    out_file = open(save_txt_file, 'w')
    tree = ET.parse(in_file)
    root = tree.getroot()
    if root:
        size = root.find('size')
        w = int(size.find('width').text)
        h = int(size.find('height').text)
        for obj in root.iter('object'):
            cls = obj.find('name').text
            if cls not in get_name:
                get_name[cls] = 1
            else:
                get_name[cls] += 1
            if cls not in class_name:
                continue
            cls_id = class_name.index(cls)
            xml_box = obj.find('bndbox')
            b = (float(xml_box.find('xmin').text), float(xml_box.find('xmax').text), float(xml_box.find('ymin').text),
                 float(xml_box.find('ymax').text))
            b1, b2, b3, b4 = b
            # 标注越界修正
            if b2 > w:
                b2 = w
            if b4 > h:
                b4 = h
            b = (b1, b2, b3, b4)
            bb = convert((w, h), b)
            out_file.write(str(cls_id) + " " + " ".join([str(a) for a in bb]) + '\n')


if __name__ == '__main__':
    xml_path = "E:/datasets/val_titanium/xml/"
    save_txt_path = "E:/datasets/val_titanium/labels/"
    if not os.path.exists(save_txt_path):
        os.makedirs(save_txt_path)
    xml_lists = os.listdir(xml_path)
    for xml in xml_lists:
        # print("Do XML File:" + xml)
        name = Path(xml).stem
        xml_file = xml_path + xml
        txt_path = save_txt_path + name + ".txt"
        convert_annotation(xml_file, txt_path)
    print("XML File End:" + xml_path)
    print("Txt File Save On:" + save_txt_path)

    print("class name: ", class_name)
    print("get class name: ", get_name)

1. class_name:类别名称,需要将类别名称转换为int类型,根据自己的数据集进行排列
2. xml_path :xml文件路径
3. save_txt_path :保存txt文件路径

执行完上述代码之后,会在验证数据集目录下生成如下文件夹:
在这里插入图片描述
下面就可以将txt格式转化为cooc json格式了。

3. coco格式json文件

pycocotools对json文件必须严格要求coco格式,因此生成的json文件必须按照如下格式进行编写:

1. GT json(val验证数据集的参考数据)

{
	"info": ["none"],
	"license": ["none"],
	"images":
		 [{"file_name": , 
		 "width": , 
		 "height": , 
		 "id": 
		 }],
	"annotations": 
		[{"area": 2860,
		 "iscrowd": 0,
		 "image_id": ,
		 "bbox": [536, 29, 52, 55],
		 "category_id": 2,
		 "id": ,
		 "ignore": 1,
		 "segmentation": []},
	"categories":
	 	[{"id": ,
	 	 "name": ,
	 	  "supercategory":
	 	 }]
		 

其中:images内的id要和annotations中的id保持一致,categories内的id非0即可。area为目标面积

2.需要参考的数据格式(也就是待测试的json文件)

[{
"score": 0.0, 
"bbox": [536.0, 29.0, 52.0, 55.0],
 "image_id": , 
 "category_id": 2}, 

4. 生成coco格式json文件

在执行下述代码时,还需要在val验证数据集目录下建立classes.txt文件,里面存放目标类别名称。

类别A
类别B
类别C
类别D

import os
import cv2
import json
from tqdm import tqdm
import argparse


def val2coco(arg):
    root_path = arg.root_dir
    print("Loading data from ", root_path)

    assert os.path.exists(root_path)
    labels_path = os.path.join(root_path, 'labels')
    img_path = os.path.join(root_path, 'images')
    with open(os.path.join(root_path, 'classes.txt')) as f:
        classes = f.read().strip().split()
        print(classes)
    # images dir name
    indexes = os.listdir(img_path)

    # 用于保存所有数据的图片信息和标注信息
    val_dataset = {'info': ['none'], 'license': ['none'], 'images': [], 'annotations': [], 'categories': []}
    # 建立类别标签和数字id的对应关系, 类别id从0开始。
    for i, cls in enumerate(classes, 0):
        val_dataset['categories'].append({'id': i, 'name': cls, 'supercategory': 'cow'})

    # 标注的id
    for k, index in enumerate(tqdm(indexes)):
        # 支持 png jpg 格式的图片。
        txtFile = index.replace('images', 'labels').replace('.bmp', '.txt')

        im = cv2.imread(os.path.join(root_path, 'images/') + index)

        height, width, _ = im.shape

        # 添加图像的信息
        object_id = "".join(filter(str.isdigit, index))
        val_dataset['images'].append({'file_name': index,
                                      'width': width,
                                      'height': height,
                                      'id': int(object_id)})
        if not os.path.exists(os.path.join(labels_path, txtFile)):
            # 如没标签,跳过,只保留图片信息。
            continue
        with open(os.path.join(labels_path, txtFile), 'r') as fr:
            labelList = fr.readlines()
            for label in labelList:
                label = label.strip().split()
                # print(label)
                x = float(label[1])
                y = float(label[2])
                w = float(label[3])
                h = float(label[4])

                # convert x,y,w,h to x1,y1,x2,y2
                H, W, _ = im.shape
                x1 = int((x - w / 2) * W)
                y1 = int((y - h / 2) * H)
                x2 = int((x + w / 2) * W)
                y2 = int((y + h / 2) * H)
                x1 = max(0, x1)
                y1 = max(0, y1)
                x2 = min(W, x2)
                y2 = min(H, y2)

                cls_id = int(label[0])
                width = max(x1 - x2, x2 - x1)
                height = max(y1 - y2, y2 - y1)
                # print(width)
                val_dataset['annotations'].append({
                    'area': width * height,
                    'iscrowd': 0,
                    'image_id': int(object_id),
                    'bbox': [x1, y1, width, height],
                    'category_id': cls_id,
                    'id': int(object_id),
                    "ignore": 1,
                    'segmentation': []
                })
    # 保存结果
    with open(arg.save_val_path, 'w') as f:
        json.dump(val_dataset, f)
    print('Save annotation to {}'.format(arg.save_val_path))


def engine_result2coco(arg):
    txt_path = arg.result_txt_path
    txt_files = os.listdir(txt_path)
    results_list = []
    for txt_file in tqdm(txt_files):
        txt = os.path.join(txt_path, txt_file)
        res_dict = dict()
        with open(txt, 'r') as tf:
            labellists = tf.readlines()
            for labellist in labellists:
                label = labellist.strip().split()
                x = float(label[1])
                y = float(label[2])
                w = float(label[3])
                h = float(label[4])
                cls_id = int(label[0])
                image_id = "".join(filter(str.isdigit, txt_file))
                conf = label[5]
                res_dict['score'] = float(conf)
                res_dict['bbox'] = [float(x), float(y), float(round(w)), float(h)]
                res_dict['image_id'] = int(image_id)
                res_dict['category_id'] = int(cls_id)

            results_list.append(res_dict)

    with open(arg.save_result_path, 'w') as f:
        json.dump(results_list, f)
    print('Save annotation to {}'.format(arg.save_result_path))


def pt_result2coco(arg):
    pt_txt_path = arg.pt_txt_path
    img_path = str(pt_txt_path).replace('pt_labels', 'images')
    txt_files = os.listdir(pt_txt_path)
    results_list = []
    for txt_file in tqdm(txt_files):
        img_file = txt_file.replace('txt', 'bmp')
        img = cv2.imread(os.path.join(img_path, img_file))
        H, W, _ = img.shape
        txt = os.path.join(pt_txt_path, txt_file)
        res_dict = dict()
        with open(txt, 'r') as tf:
            labellists = tf.readlines()
            for labellist in labellists:
                label = labellist.strip().split()
                cls_id = int(label[0])
                cx, cy, w, h = float(label[1]) * W, float(label[2]) * H, float(label[3]) * W, float(label[4]) * H
                x1 = max(0, float(cx - w / 2.0))
                y1 = max(0, float(cy - h / 2.0))
                image_id = "".join(filter(str.isdigit, txt_file))
                res_dict['score'] = float(0.00)
                res_dict['bbox'] = [round(float(x1), 3), round(float(y1), 3), round(float(w), 3),
                                    round(float(h), 3)]
                res_dict['image_id'] = int(image_id)
                res_dict['category_id'] = int(cls_id)
            results_list.append(res_dict)

    with open(arg.save_pt_path, 'w') as f:
        json.dump(results_list, f)
    print('Save annotation to {}'.format(arg.save_pt_path))


if __name__ == '__main__':
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument('--root_dir', default='E:/datasets/val_titanium/', type=str,
                        help="root path of images and labels, include ./images and ./labels and classes.txt")
    parser.add_argument('--save_val_path', type=str, default='E:/datasets/val_titanium/annotations.json',
                        help="GT json path")
    parser.add_argument('--result_txt_path', type=str, default='E:/datasets/val_titanium/nvidia_1b_labels_1/',
                        help="engine txt path")
    parser.add_argument('--save_result_path', type=str, default='E:/datasets/val_titanium/nvidia_fp32_1b_2.json',
                        help="engine json path")
    parser.add_argument('--pt_txt_path', type=str, default='E:/datasets/val_titanium/pt_labels/',
                        help="pt txt path")
    parser.add_argument('--save_pt_path', type=str, default='E:/datasets/val_titanium/pt.json',
                        help="pt json path")

    arg = parser.parse_args()
    val2coco(arg)
    engine_result2coco(arg)
    pt_result2coco(arg)

1. val2coco函数生成GT val的json文件
2. engine_result2coco函数,是将yolov5 engine模型测试输出的txt文件转换为json格式
3. pt_result2coco函数将yolov5 pt文件通过detect.py生成的txt文件转换为json格式
4. image_id:代码中提取文件名中的int数字作为image_id,也可以将文件名转为str类型,但是需要所有的json都保持一致。

每个函数对应两个路径,修改好路径,根据自己的需求使用相应的函数。
engine_result2coco和pt_result2coco区别在与保存的txt文件是否归一化。

执行完上述代码之后,会在验证数据集目录下生成如下文件:
在这里插入图片描述

至此,满足pycocotools库的json文件已经生成,下一步介绍如何使用pycocotools工具测试json文件计算map。

5.使用pycocotools计算map

首先需要安装pycocotools库,推荐下列博主的方法:
https://blog.csdn.net/weixin_42715977/article/details/127727247

安装完毕即可使用pycocotools工具计算map值。

import os
from pycocotools.coco import COCO
from pycocotools.cocoeval import COCOeval
from collections import OrderedDict
import argparse


class COCOResults(object):
    METRICS = {
        "bbox": ["AP", "AP50", "AP75", "APs", "APm", "APl"],
        "segm": ["AP", "AP50", "AP75", "APs", "APm", "APl"],
        "box_proposal": [
            "AR@100",
            "ARs@100",
            "ARm@100",
            "ARl@100",
            "AR@1000",
            "ARs@1000",
            "ARm@1000",
            "ARl@1000",
        ],
        "keypoints": ["AP", "AP50", "AP75", "APm", "APl"],
    }

    def __init__(self, *iou_types):
        allowed_types = ("box_proposal", "bbox", "segm", "keypoints")
        assert all(iou_type in allowed_types for iou_type in iou_types)
        results = OrderedDict()
        for iou_type in iou_types:
            results[iou_type] = OrderedDict(
                [(metric, -1) for metric in COCOResults.METRICS[iou_type]]
            )
        self.results = results

    def update(self, coco_eval):
        if coco_eval is None:
            return
        from pycocotools.cocoeval import COCOeval

        assert isinstance(coco_eval, COCOeval)
        s = coco_eval.stats
        iou_type = coco_eval.params.iouType
        res = self.results[iou_type]
        metrics = COCOResults.METRICS[iou_type]
        for idx, metric in enumerate(metrics):
            res[metric] = s[idx]

    def __repr__(self):
        results = '\n'
        for task, metrics in self.results.items():
            results += 'Task: {}\n'.format(task)
            metric_names = metrics.keys()
            metric_vals = ['{:.4f}'.format(v) for v in metrics.values()]
            results += (', '.join(metric_names) + '\n')
            results += (', '.join(metric_vals) + '\n')
        return results


if __name__ == '__main__':
    parser = argparse.ArgumentParser()
    parser.add_argument('--log', default='E:/datasets/val_titanium/annotations.json',
                        help='GT path(s)')
    parser.add_argument('--anno', default='E:/datasets/val_titanium/pt.json',
                        help='anno path(s)')
    parser.add_argument('--image-dir', default='E:/datasets/val_titanium/images/',
                        help='image path(s)')
    args = parser.parse_args()
    coco = COCO(args.anno)
    results = COCOResults('bbox')
    coco_dt = coco.loadRes(args.log)
    coco_eval = COCOeval(coco, coco_dt, 'bbox')
    imagelist = os.listdir(args.image_dir)
    # coco_eval.params.imgIds = [int(Path(x).stem) for x in imagelist if x.endswith('jpg')]
    coco_eval.evaluate()
    coco_eval.accumulate()
    coco_eval.summarize()
    results.update(coco_eval)
    print(results)

1. log路径为GT 目标的json文件
2. anno路径为待测试结果的json文件
3. image-dir为测试图片的路径

运行完上述代码会打印计算的map值:
在这里插入图片描述

6. 讨论

在测试中发现pycocotools库计算出来的map值比yolov5 val.py计算出来的map值低,具体原因不清楚。
下列博客提供了一种讨论。
https://blog.csdn.net/qq_34062683/article/details/128907714

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