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CV -- YOLOv8 图像分割(GPU环境)

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用户11404404
发布2025-02-20 09:02:04
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使用 Yolov8 自定义数据集进行图像分割_哔哩哔哩_bilibili

标注

数据集:

我使用的是一些苹果数据集,可以在我的csdn资源中下载:

https://download.csdn.net/download/2403_83182682/90405543?spm=1001.2014.3001.5503

这里标注使用的 labelme 标注软件,下载和使用都很简单,下载需要打开 cmd 控制台,输入下载代码:

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pip install labelme
代码语言:javascript
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labelme

输入 labelme 打开软件页面:

中文版的自己玩玩就会了,常用按钮如下

点击【打开目录】,输入苹果文件夹,点击【创建多边形】,绘制多边形,点击保存,然后继续绘制下一张

标记完成后是这样的

需要将 jpg 文件和 json文件分别放入文件夹中,方便后面数据转换。

JSON转为TXT

通过 LabelMe 工具绘制多边形标注后生成的 JSON 文件是一种结构化的数据文件,它遵循了一定的格式来存储图像标注信息。但是 yolov8 官方规定需要的是标注文件,即 .txt 文件,我这里提供一段 json 转 txt 文件的 Python 代码:

代码语言:javascript
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# -*- coding: utf-8 -*-
from tqdm import tqdm
import shutil
import random
import os
import argparse
from collections import Counter
import yaml
import json


def mkdir(path):
    if not os.path.exists(path):
        os.makedirs(path)


def convert_label_json(json_dir, save_dir, classes):
    json_paths = os.listdir(json_dir)
    classes = classes.split(',')
    mkdir(save_dir)

    for json_path in tqdm(json_paths):
        # for json_path in json_paths:
        path = os.path.join(json_dir, json_path)
        with open(path, 'r') as load_f:
            json_dict = json.load(load_f)
        h, w = json_dict['imageHeight'], json_dict['imageWidth']

        # save txt path
        txt_path = os.path.join(save_dir, json_path.replace('json', 'txt'))
        txt_file = open(txt_path, 'w')

        for shape_dict in json_dict['shapes']:
            label = shape_dict['label']
            label_index = classes.index(label)
            points = shape_dict['points']

            points_nor_list = []

            for point in points:
                points_nor_list.append(point[0] / w)
                points_nor_list.append(point[1] / h)

            points_nor_list = list(map(lambda x: str(x), points_nor_list))
            points_nor_str = ' '.join(points_nor_list)

            label_str = str(label_index) + ' ' + points_nor_str + '\n'
            txt_file.writelines(label_str)


def get_classes(json_dir):
    '''
    统计路径下 JSON 文件里的各类别标签数量
    '''
    names = []
    json_files = [os.path.join(json_dir, f) for f in os.listdir(json_dir) if f.endswith('.json')]

    for json_path in json_files:
        with open(json_path, 'r') as f:
            data = json.load(f)
            for shape in data['shapes']:
                name = shape['label']
                names.append(name)

    result = Counter(names)
    return result


def main(image_dir, json_dir, txt_dir, save_dir):
    # 创建文件夹
    mkdir(save_dir)
    images_dir = os.path.join(save_dir, 'images')
    labels_dir = os.path.join(save_dir, 'labels')

    img_train_path = os.path.join(images_dir, 'train')
    img_val_path = os.path.join(images_dir, 'val')

    label_train_path = os.path.join(labels_dir, 'train')
    label_val_path = os.path.join(labels_dir, 'val')

    mkdir(images_dir)
    mkdir(labels_dir)
    mkdir(img_train_path)
    mkdir(img_val_path)
    mkdir(label_train_path)
    mkdir(label_val_path)

    # 数据集划分比例,训练集75%,验证集15%,测试集15%,按需修改
    train_percent = 0.90
    val_percent = 0.10

    total_txt = os.listdir(txt_dir)
    num_txt = len(total_txt)
    list_all_txt = range(num_txt)  # 范围 range(0, num)

    num_train = int(num_txt * train_percent)
    num_val = int(num_txt * val_percent)

    train = random.sample(list_all_txt, num_train)
    # 在全部数据集中取出train
    val = [i for i in list_all_txt if not i in train]
    # 再从val_test取出num_val个元素,val_test剩下的元素就是test
    # val = random.sample(list_all_txt, num_val)

    print("训练集数目:{}, 验证集数目:{}".format(len(train), len(val)))
    for i in list_all_txt:
        name = total_txt[i][:-4]

        srcImage = os.path.join(image_dir, name + '.jpg')
        srcLabel = os.path.join(txt_dir, name + '.txt')

        if i in train:
            dst_train_Image = os.path.join(img_train_path, name + '.jpg')
            dst_train_Label = os.path.join(label_train_path, name + '.txt')
            shutil.copyfile(srcImage, dst_train_Image)
            shutil.copyfile(srcLabel, dst_train_Label)
        elif i in val:
            dst_val_Image = os.path.join(img_val_path, name + '.jpg')
            dst_val_Label = os.path.join(label_val_path, name + '.txt')
            shutil.copyfile(srcImage, dst_val_Image)
            shutil.copyfile(srcLabel, dst_val_Label)

    obj_classes = get_classes(json_dir)
    classes = list(obj_classes.keys())

    # 编写yaml文件
    classes_txt = {i: classes[i] for i in range(len(classes))}  # 标签类别
    data = {
        'path': os.path.join(os.getcwd(), save_dir),
        'train': "images/train",
        'val': "images/val",
        'names': classes_txt,
        'nc': len(classes)
    }
    with open(save_dir + '/segment.yaml', 'w', encoding="utf-8") as file:
        yaml.dump(data, file, allow_unicode=True)
    print("标签:", dict(obj_classes))


if __name__ == "__main__":
    """
    python json2txt_nomalize.py --json-dir my_datasets/color_rings/jsons --save-dir my_datasets/color_rings/txts --classes "cat,dogs"
    """
    classes_list = 'apple'  # 类名

    parser = argparse.ArgumentParser(description='json convert to txt params')
    parser.add_argument('--image-dir', type=str, default='D:\OneDrive\桌面\yolov8-segment\datasets\segment\images', help='图片地址')
    parser.add_argument('--json-dir', type=str, default='D:\OneDrive\桌面\yolov8-segment\datasets\segment\json', help='json地址')
    parser.add_argument('--txt-dir', type=str, default='D:\OneDrive\桌面\yolov8-segment\datasets\segment\\txt', help='保存txt文件地址')
    parser.add_argument('--save-dir', default='D:\OneDrive\桌面\yolov8-segment\datasets\segment\seg', type=str, help='保存最终分割好的数据集地址')
    parser.add_argument('--classes', type=str, default=classes_list, help='classes')
    args = parser.parse_args()
    json_dir = args.json_dir
    txt_dir = args.txt_dir
    image_dir = args.image_dir
    save_dir = args.save_dir
    classes = args.classes
    # json格式转txt格式
    convert_label_json(json_dir, txt_dir, classes)
    # 划分数据集,生成yaml训练文件
    main(image_dir, json_dir, txt_dir, save_dir)

第 90 行左右可以修改数据集划分比例,默认是 90% 训练集,10%验证集。

第147到150行依次为图片地址、json文件地址、保存txt文件地址、分割好的数据集地址

我的项目创建目录如下(都是可以自己修改的):

运行代码

运行成功,训练集是19张图片,验证集是3张,检测到的标签总数量为 53。

运行成功后会帮您创建 Yolov8 训练所需的文件格式,并且将 txt文件放入正确的位置:

训练

训练环境使用的GPU,需要配置的可以看我前文:

CV -- 基于GPU版显卡CUDA环境+Pycharm YOLOv8 检测-CSDN博客

训练代码如下:

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from torch.cuda import device

from ultralytics import YOLO

model = YOLO('D:\OneDrive\桌面\yolov8-segment\weights\yolov8n-seg.pt')

model.train(data='D:\OneDrive\桌面\yolov8-segment\datasets\segment\seg\segment.yaml',
            epochs=300, #训练轮次
            imgsz=640,  #输入图片尺寸(会转换为该尺寸)
            batch=4,  #每次训练的批量
            device='cuda:0',  #使用GPU训练
            workers=0  #windows GPU训练需加上该参数,否则会报错
            )
print("训练结束!")

这里使用的是预训练模型,yolov8n-seg.pt,大家可以在我的资源中获取到:

https://download.csdn.net/download/2403_83182682/90405472?spm=1001.2014.3001.5503

训练结束后会生成一些图表:

输出文件说明: F1-置信度曲线 (BoxF1_curve.png) 观察方法: F1分数是模型准确度的度量,结合了精确度和召回率。在这个图表中,您应该寻找F1分数最高的点,该点对应的置信度阈值通常是模型最佳的工作点。

精确度-置信度曲线 (BoxP_curve.png) 观察方法: 精确度代表了模型预测为正类的样本中实际为正类的比例。在该曲线中,应关注随置信度增加,精确度如何提高,以及在哪个置信度水平上精确度开始下降,这有助于确定阈值设定。

精确度-召回率曲线 (BoxPR_curve.png) 观察方法: 该曲线展示了精确度与召回率之间的权衡。理想的模型应在高精确度和高召回率处达到平衡。通常查看曲线下面积来评估模型整体性能。

召回率-置信度曲线 (BoxR_curve.png) 观察方法: 召回率是指所有正类中模型正确预测的比例。这个图表中,召回率通常随着置信度阈值的降低而增加。理想的置信度阈值通常是召回率较高,但置信度不过低的点。

混淆矩阵 (confusion_matrix.png) 观察方法: 查看矩阵的对角线,对角线上的数值越高表示分类结果越准确。同时观察非对角线元素,了解哪些类别容易被误分类。

标准化混淆矩阵 (confusion_matrix_normalized.png) 观察方法: 与非标准化混淆矩阵类似,但通过标准化可以更容易地比较不同类别之间的分类准确率,特别是在类别样本量不均匀的情况下。

标签分布 (labels.jpg) 观察方法: 柱状图部分显示了每个类别的实例数量,有助于了解数据集中各类别的分布情况。散点图部分可以显示样本的位置分布,有助于了解样本在输入空间的分布特性。

标签相关图 (labels_correlogram.jpg) 观察方法: 相关图显示了数据标签之间的相关性,深色的格子表示较高的正相关,浅色表示较低的相关或负相关。这有助于了解不同类别之间的关系。

掩膜F1-置信度曲线 (MaskF1_curve.png) 观察方法: 类似于F1-置信度曲线,但特别用于评估模型在像素级分类或分割任务中的性能。寻找曲线中F1得分最高的点来确定最佳的置信度阈值。

精确度-召回率曲线 (Precision-Recall Curve) (MaskPR_curve.png) 如何观察理解: 此图表展示了在不同召回率水平上模型精确度的变化。蓝色的线表示所有类别的平均精确度。曲线下的面积(AUC)越大,模型性能越好。理想状态是曲线靠近右上角,即高召回率和高精确度。

召回率-置信度曲线 (Recall-Confidence Curve) (MaskR_curve.png) 如何观察理解: 该图标展示了模型在不同置信度阈值下召回率的变化。您应关注在召回率保持高的同时,置信度阈值的选择。最佳操作点通常是召回率开始显著下降之前的置信度值。

训练和验证指标图 (results.png) 如何观察理解: 这张图显示了多个指标的训练和验证过程,其中包括损失函数的变化和性能指标如精确度和mAP。下降的损失和上升的性能指标通常表明模型在学习过程中正在改进。平滑的曲线有助于识别趋势。

损失和性能指标图 如何观察理解: 类似于上一个图表,这个可能包含了不同的损失和性能指标。每个小图标展示了训练过程中的具体方面,如框体损失、分割损失、分类损失等。这有助于诊断模型在哪些方面表现良好,在哪些方面可能需要进一步优化。

Weights文件:这是一个模型权重文件,通常以.pt(PyTorch模型)格式保存。它包含了经过训练的神经网络的所有参数和权重。这个文件是模型训练过程的直接产物,用于后续的图像识别和分析任务。

Args.yaml文件:这个文件通常包含了模型训练时使用的配置参数。它详细记录了训练过程中使用的所有设置,如学习率、批大小、训练轮数等。这个文件的目的是为了提供一个清晰的训练配置概览,使得训练过程可以被复现或调整。

左半部分是损失函数图,损失函数下降,可能并不能说明训练结果很好,但如果损失函数上升,那训练结果一定不好,说明你的数据可能出现了很大的错误,或者一些其他不好的事情正在发生。

通过对测试数据的详细分析,我们可以观察到原始标注与模型预测的掩膜之间存在差异很小,这实际上体现了模型具备出色的语义分割能力。具体而言,尽管在某些局部细节上可能存在细微偏差,但模型整体能够准确捕捉并区分不同对象的边界和区域,展示了其在复杂场景下对图像内容的强大理解能力。这种高水平的分割精度不仅验证了模型训练的有效性,还为其在实际应用中的性能提供了有力保障。

验证

可以使用我们训练好的模型,对苹果图片进行图像分割,训练好的模型的权重文件中有两个模型文件,第一个是最好的模型,第二个是最后一次训练的模型,一般使用第一个模型。

训练代码:

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from ultralytics import YOLO
import cv2
import numpy as np

# 模型路径和图像路径
model_path = 'D:/OneDrive/桌面/yolov8-segment/runs/segment/train8/weights/best.pt'
image_path = 'D:/OneDrive/桌面/apple2.jpg'

# 加载模型并进行预测
model = YOLO(model_path,task='segment')
results = model.predict(source=image_path,save=True,show=True)

成功运行后就能得到分割图片:

可以看见分割效果是有的,但也有点瑕疵,把杯子也识别成 apple 了,可能是因为数据集太少或者标注问题。

当然,也可使用代码将各个 apple 的掩膜提取出来:

代码语言:javascript
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from ultralytics import YOLO
import cv2
import numpy as np

# 模型路径和图像路径
model_path = 'D:/OneDrive/桌面/yolov8-segment/runs/segment/train8/weights/best.pt'
image_path = 'D:/OneDrive/桌面/apple2.jpg'


# 加载模型并进行预测
model = YOLO(model_path,task='segment')
results = model.predict(source=image_path,save=True,show=True)

# 读取图像
img = cv2.imread(image_path)
H, W, _ = img.shape
print(img.shape)

# # 遍历每个结果中的掩码
for i, result in enumerate(results):
    for j, mask in enumerate(result.masks.data):
        # 将mask从GPU移动到CPU,并转换为numpy数组
        mask = mask.cpu().numpy()

        # 如果mask是多维的,选择第一个通道(假设单通道)
        if len(mask.shape) > 2:
            mask = mask[0]

        # 归一化到0-255范围,并转换为uint8类型
        mask = (mask * 255).astype(np.uint8)

        # 调整大小以匹配原图尺寸
        mask_resized = cv2.resize(mask, (W, H))

        # 保存掩码图像
        output_path = f'./mask_{i}_{j}.png'
        cv2.imwrite(output_path, mask_resized)
        print(f"Saved {output_path}")

得到各个掩膜的 png 文件:

这些掩膜文件在某些时候非常有用。

感谢您的三连!!!

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原始发表:2025-02-19,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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