李沐41_物体检测和数据集—

李沐41_物体检测和数据集——自学笔记

边缘框

1.一个边缘框可以通过4个数字定义（左上xy，右上xy，左下xy，右下xy）

2.标注成本高

目标检测数据集

1.每行表示一个物体（图片文件名、物体类别、边缘框）

2.COCO：80物体、330k图片、1.5Million物体

总结

1.物体检测识别图片里的多个物体的类别和位置

2.位置通常用边缘框表示

代码实现

目标检测和边缘框

%matplotlib inline
import torch
from d2l import torch as d2l

加载猫狗图

d2l.set_figsize()
img = d2l.plt.imread('catdog.jpg')
d2l.plt.imshow(img);

在这里插入图片描述

边缘框

box_corner_to_center从两角表示法转换为中心宽度表示法，而box_center_to_corner反之亦然。


def box_corner_to_center(boxes):
    """从（左上，右下）转换到（中间，宽度，高度）"""
    x1, y1, x2, y2 = boxes[:, 0], boxes[:, 1], boxes[:, 2], boxes[:, 3]
    cx = (x1 + x2) / 2
    cy = (y1 + y2) / 2
    w = x2 - x1
    h = y2 - y1
    boxes = torch.stack((cx, cy, w, h), axis=-1)
    return boxes


def box_center_to_corner(boxes):
    """从（中间，宽度，高度）转换到（左上，右下）"""
    cx, cy, w, h = boxes[:, 0], boxes[:, 1], boxes[:, 2], boxes[:, 3]
    x1 = cx - 0.5 * w
    y1 = cy - 0.5 * h
    x2 = cx + 0.5 * w
    y2 = cy + 0.5 * h
    boxes = torch.stack((x1, y1, x2, y2), axis=-1)
    return boxes

根据坐标信息定义猫狗边界。

# bbox是边界框的英文缩写
dog_bbox, cat_bbox = [60.0, 45.0, 378.0, 516.0], [400.0, 112.0, 655.0, 493.0]

验证函数是否正确

boxes = torch.tensor((dog_bbox, cat_bbox))
box_center_to_corner(box_corner_to_center(boxes)) == boxes

tensor([[True, True, True, True],
        [True, True, True, True]])

将边界框在图中画出，以检查其是否准确。画之前，我们定义一个辅助函数bbox_to_rect。它将边界框表示成matplotlib的边界框格式。


def bbox_to_rect(bbox, color):
    # 将边界框(左上x,左上y,右下x,右下y)格式转换成matplotlib格式：
    # ((左上x,左上y),宽,高)
    return d2l.plt.Rectangle(
        xy=(bbox[0], bbox[1]), width=bbox[2]-bbox[0], height=bbox[3]-bbox[1],
        fill=False, edgecolor=color, linewidth=2)

边缘框和图像展示

fig = d2l.plt.imshow(img)
fig.axes.add_patch(bbox_to_rect(dog_bbox, 'blue'))
fig.axes.add_patch(bbox_to_rect(cat_bbox, 'red'));

在这里插入图片描述

目标检测数据集

香蕉检测

import os
import pandas as pd
import torch
import torchvision
from d2l import torch as d2l

d2l.DATA_HUB['banana-detection']=(
    d2l.DATA_URL+'banana-detection.zip',
    '5de26c8fce5ccdea9f91267273464dc968d20d72'
)

读取香蕉检测数据集

def read_data_bananas(is_train=True):
    """读取香蕉检测数据集中的图像和标签"""
    data_dir = d2l.download_extract('banana-detection')
    csv_fname = os.path.join(data_dir, 'bananas_train' if is_train
                             else 'bananas_val', 'label.csv')
    csv_data = pd.read_csv(csv_fname)
    csv_data = csv_data.set_index('img_name')
    images, targets = [], []
    for img_name, target in csv_data.iterrows():
        images.append(torchvision.io.read_image(
            os.path.join(data_dir, 'bananas_train' if is_train else
                         'bananas_val', 'images', f'{img_name}')))
        # 这里的target包含（类别，左上角x，左上角y，右下角x，右下角y），
        # 其中所有图像都具有相同的香蕉类（索引为0）
        targets.append(list(target))
    return images, torch.tensor(targets).unsqueeze(1) / 256

通过使用read_data_bananas函数读取图像和标签

class BananasDataset(torch.utils.data.Dataset):
    """一个用于加载香蕉检测数据集的自定义数据集"""
    def __init__(self, is_train):
        self.features, self.labels = read_data_bananas(is_train)
        print('read ' + str(len(self.features)) + (f' training examples' if
              is_train else f' validation examples'))

    def __getitem__(self, idx):
        return (self.features[idx].float(), self.labels[idx])

    def __len__(self):
        return len(self.features)

定义load_data_bananas函数，来[为训练集和测试集返回两个数据加载器实例]。对于测试集，无须按随机顺序读取它。

def load_data_bananas(batch_size):
    """加载香蕉检测数据集"""
    train_iter = torch.utils.data.DataLoader(BananasDataset(is_train=True),
                                             batch_size, shuffle=True)
    val_iter = torch.utils.data.DataLoader(BananasDataset(is_train=False),
                                           batch_size)
    return train_iter, val_iter

[读取一个小批量，并打印其中的图像和标签的形状]。图像的小批量的形状为（批量大小、通道数、高度、宽度），看起来很眼熟：它与我们之前图像分类任务中的相同。标签的小批量的形状为（批量大小,𝑚,5），其中 𝑚是数据集的任何图像中边界框可能出现的最大数量。每个边界框的标签将被长度为5的数组表示。数组中的第一个元素是边界框中对象的类别，其中-1表示用于填充的非法边界框。数组的其余四个元素是边界框左上角和右下角的（ 𝑥， 𝑦）坐标值（值域在0～1之间）。对于香蕉数据集而言，由于每张图像上只有一个边界框，因此𝑚=1
。

batch_size, edge_size = 32, 256
train_iter, _ = load_data_bananas(batch_size)
batch = next(iter(train_iter))
batch[0].shape, batch[1].shape

Downloading ../data/banana-detection.zip from http://d2l-data.s3-accelerate.amazonaws.com/banana-detection.zip...
read 1000 training examples
read 100 validation examples





(torch.Size([32, 3, 256, 256]), torch.Size([32, 1, 5]))

展示10幅带有真实边界框的图像。

imgs = (batch[0][0:10].permute(0, 2, 3, 1)) / 255
axes = d2l.show_images(imgs, 2, 5, scale=2)
for ax, label in zip(axes, batch[1][0:10]):
    d2l.show_bboxes(ax, [label[0][1:5] * edge_size], colors=['w'])