【DETR】训练自己的数据集-实践笔记

DETR(Detection with TRansformers)训练自己的数据集-实践笔记&问题总结

DETR(Detection with TRansformers)是基于transformer的端对端目标检测，无NMS后处理步骤，无anchor。
实现使用NWPUVHR10数据集训练DETR.
NWPU数据集总共包含十种类别目标，包含650个正样本，150个负样本（没有用到）。

NWPU_CATEGORIES=['airplane','ship','storage tank','baseball diamond','tennis court',\
					'basketball court','ground track field','harbor','bridge','vehicle']

代码：https://github.com/facebookresearch/detr

一.训练

1.数据集准备

DETR需要的数据集格式为coco格式，图片和标签文件保存于训练集、测试集、验证集、标签文件四个文件夹中，其中annotations中存放json格式的标签文件

下面的代码包含了几种数据集RSOD、NWPU、DIOR、YOLO数据集标签文件转换json功能。新建py文件tojson.py，使用如下代码生成需要的json文件。

生成instances_train2017.json
（a）修改29行image_path默认路径为train2017的路径；
（b）修改31行annotation_path默认路径为标签文件路径（train和val的标签都放在这个文件夹下，所以生成instances_val2017.json时就不需要再修改这个路径了）；
（c）修改33行dataset为自己的数据集名称NWPU
（d）.修改34行save的默认路径为json文件的保存路径…/NWPUVHR-10/annotations/instances_train2017.json

import os
import cv2
import json
import argparse
from tqdm import tqdm
import xml.etree.ElementTree as ET

COCO_DICT=['images','annotations','categories']
IMAGES_DICT=['file_name','height','width','id']

ANNOTATIONS_DICT=['image_id','iscrowd','area','bbox','category_id','id']

CATEGORIES_DICT=['id','name']
## {'supercategory': 'person', 'id': 1, 'name': 'person'}
## {'supercategory': 'vehicle', 'id': 2, 'name': 'bicycle'}
YOLO_CATEGORIES=['person']
RSOD_CATEGORIES=['aircraft','playground','overpass','oiltank']
NWPU_CATEGORIES=['airplane','ship','storage tank','baseball diamond','tennis court',\
					'basketball court','ground track field','harbor','bridge','vehicle']

VOC_CATEGORIES=['aeroplane','bicycle','bird','boat','bottle','bus','car','cat','chair','cow',\					'diningtable','dog','horse','motorbike','person','pottedplant','sheep','sofa','train','tvmonitor']

DIOR_CATEGORIES=['golffield','Expressway-toll-station','vehicle','trainstation','chimney','storagetank',\
					'ship','harbor','airplane','groundtrackfield','tenniscourt','dam','basketballcourt',\
					'Expressway-Service-area','stadium','airport','baseballfield','bridge','windmill','overpass']

parser=argparse.ArgumentParser(description='2COCO')
#parser.add_argument('--image_path',type=str,default=r'T:/shujuji/DIOR/JPEGImages-trainval/',help='config file')
parser.add_argument('--image_path',type=str,default=r'G:/NWPU VHR-10 dataset/positive image set/',help='config file')
#parser.add_argument('--annotation_path',type=str,default=r'T:/shujuji/DIOR/Annotations/',help='config file')
parser.add_argument('--annotation_path',type=str,default=r'G:/NWPU VHR-10 dataset/ground truth/',help='config file')
parser.add_argument('--dataset',type=str,default='NWPU',help='config file')
parser.add_argument('--save',type=str,default='G:/NWPU VHR-10 dataset/instances_train2017.json',help='config file')
args=parser.parse_args()
def load_json(path):
	with open(path,'r') as f:
		json_dict=json.load(f)
		for i in json_dict:
			print(i)
		print(json_dict['annotations'])
def save_json(dict,path):
	print('SAVE_JSON...')
	with open(path,'w') as f:
		json.dump(dict,f)
	print('SUCCESSFUL_SAVE_JSON:',path)
def load_image(path):
	img=cv2.imread(path)
	#print(path)
	return img.shape[0],img.shape[1]
def generate_categories_dict(category):       #ANNOTATIONS_DICT=['image_id','iscrowd','area','bbox','category_id','id']
	print('GENERATE_CATEGORIES_DICT...')
	return [{CATEGORIES_DICT[0]:category.index(x)+1,CATEGORIES_DICT[1]:x} for x in category]  #CATEGORIES_DICT=['id','name']
def generate_images_dict(imagelist,image_path,start_image_id=11725):  #IMAGES_DICT=['file_name','height','width','id']
	print('GENERATE_IMAGES_DICT...')
	images_dict=[]
	with tqdm(total=len(imagelist)) as load_bar:
		for x in imagelist:  #x就是图片的名称
			#print(start_image_id)
			dict={IMAGES_DICT[0]:x,IMAGES_DICT[1]:load_image(image_path+x)[0],\
					IMAGES_DICT[2]:load_image(image_path+x)[1],IMAGES_DICT[3]:imagelist.index(x)+start_image_id}
			load_bar.update(1)
			images_dict.append(dict)
	return images_dict
	# return [{IMAGES_DICT[0]:x,IMAGES_DICT[1]:load_image(image_path+x)[0],\
	# 				IMAGES_DICT[2]:load_image(image_path+x)[1],IMAGES_DICT[3]:imagelist.index(x)+start_image_id} for x in imagelist]
def DIOR_Dataset(image_path,annotation_path,start_image_id=11725,start_id=0):
	categories_dict=generate_categories_dict(DIOR_CATEGORIES)    #CATEGORIES_DICT=['id'：，1'name'：golffield......]  id从1开始
	imgname=os.listdir(image_path)
	images_dict=generate_images_dict(imgname,image_path,start_image_id)  #IMAGES_DICT=['file_name','height','width','id']  id从0开始的
	print('GENERATE_ANNOTATIONS_DICT...')  #生成cooc的注记   ANNOTATIONS_DICT=['image_id','iscrowd','area','bbox','category_id','id']
	annotations_dict=[]
	id=start_id
	for i in images_dict:
		image_id=i['id']
		print(image_id)
		image_name=i['file_name']
		annotation_xml=annotation_path+image_name.split('.')[0]+'.xml'
		tree=ET.parse(annotation_xml)
		root=tree.getroot()
		for j in root.findall('object'):
			category=j.find('name').text
			category_id=DIOR_CATEGORIES.index(category)  #字典的索引，是从1开始的
			x_min=float(j.find('bndbox').find('xmin').text)
			y_min=float(j.find('bndbox').find('ymin').text)
			w=float(j.find('bndbox').find('xmax').text)-x_min
			h=float(j.find('bndbox').find('ymax').text)-y_min
			bbox=[x_min,y_min,w,h]
			dict={'image_id':image_id,'iscrowd':0,'bbox':bbox,'category_id':category_id,'id':id}
			annotations_dict.append(dict)
			id=id+1
	print('SUCCESSFUL_GENERATE_DIOR_JSON')
	return {COCO_DICT[0]:images_dict,COCO_DICT[1]:annotations_dict,COCO_DICT[2]:categories_dict}
def NWPU_Dataset(image_path,annotation_path,start_image_id=0,start_id=0):
	categories_dict=generate_categories_dict(NWPU_CATEGORIES)
	imgname=os.listdir(image_path)
	images_dict=generate_images_dict(imgname,image_path,start_image_id)
	print('GENERATE_ANNOTATIONS_DICT...')
	annotations_dict=[]
	id=start_id
	for i in images_dict:
		image_id=i['id']
		image_name=i['file_name']
		annotation_txt=annotation_path+image_name.split('.')[0]+'.txt'
		txt=open(annotation_txt,'r')
		lines=txt.readlines()
		for j in lines:
			if j=='\n':
				continue
			category_id=int(j.split(',')[4])

			category=NWPU_CATEGORIES[category_id-1]
			print(category_id,'        ',category)
			x_min=float(j.split(',')[0].split('(')[1])
			y_min=float(j.split(',')[1].split(')')[0])
			w=float(j.split(',')[2].split('(')[1])-x_min
			h=float(j.split(',')[3].split(')')[0])-y_min
			bbox=[x_min,y_min,w,h]
			dict={'image_id':image_id,'iscrowd':0,'bbox':bbox,'category_id':category_id,'id':id}
			id=id+1
			annotations_dict.append(dict)
	print('SUCCESSFUL_GENERATE_NWPU_JSON')
	return {COCO_DICT[0]:images_dict,COCO_DICT[1]:annotations_dict,COCO_DICT[2]:categories_dict}

def YOLO_Dataset(image_path,annotation_path,start_image_id=0,start_id=0):
	categories_dict=generate_categories_dict(YOLO_CATEGORIES)
	imgname=os.listdir(image_path)
	images_dict=generate_images_dict(imgname,image_path)
	print('GENERATE_ANNOTATIONS_DICT...')
	annotations_dict=[]
	id=start_id
	for i in images_dict:
		image_id=i['id']
		image_name=i['file_name']
		W,H=i['width'],i['height']
		annotation_txt=annotation_path+image_name.split('.')[0]+'.txt'
		txt=open(annotation_txt,'r')
		lines=txt.readlines()		
		for j in lines:
			category_id=int(j.split(' ')[0])+1

			category=YOLO_CATEGORIES
			x=float(j.split(' ')[1])
			y=float(j.split(' ')[2])
			w=float(j.split(' ')[3])
			h=float(j.split(' ')[4])
			x_min=(x-w/2)*W
			y_min=(y-h/2)*H
			w=w*W
			h=h*H
			area=w*h
			bbox=[x_min,y_min,w,h]
			dict={'image_id':image_id,'iscrowd':0,'area':area,'bbox':bbox,'category_id':category_id,'id':id}
			annotations_dict.append(dict)
			id=id+1
	print('SUCCESSFUL_GENERATE_YOLO_JSON')
	return {COCO_DICT[0]:images_dict,COCO_DICT[1]:annotations_dict,COCO_DICT[2]:categories_dict}
def RSOD_Dataset(image_path,annotation_path,start_image_id=0,start_id=0):
	categories_dict=generate_categories_dict(RSOD_CATEGORIES)
	imgname=os.listdir(image_path)
	images_dict=generate_images_dict(imgname,image_path,start_image_id)
	print('GENERATE_ANNOTATIONS_DICT...')
	annotations_dict=[]
	id=start_id
	for i in images_dict:
		image_id=i['id']
		image_name=i['file_name']
		annotation_txt=annotation_path+image_name.split('.')[0]+'.txt'
		txt=open(annotation_txt,'r')
		lines=txt.readlines()
		for j in lines:
			category=j.split('\t')[1]
			category_id=RSOD_CATEGORIES.index(category)+1
			x_min=float(j.split('\t')[2])
			y_min=float(j.split('\t')[3])
			w=float(j.split('\t')[4])-x_min
			h=float(j.split('\t')[5])-y_min
			bbox=[x_min,y_min,w,h]
			dict={'image_id':image_id,'iscrowd':0,'bbox':bbox,'category_id':category_id,'id':id}
			annotations_dict.append(dict)
			id=id+1
	print('SUCCESSFUL_GENERATE_RSOD_JSON')

	return {COCO_DICT[0]:images_dict,COCO_DICT[1]:annotations_dict,COCO_DICT[2]:categories_dict}
if __name__=='__main__':
	dataset=args.dataset   #数据集名字
	save=args.save  #json的保存路径
	image_path=args.image_path     #对于coco是图片的路径
	annotation_path=args.annotation_path   #coco的annotation路径
	if dataset=='RSOD':
		json_dict=RSOD_Dataset(image_path,annotation_path,0)
	if dataset=='NWPU':
		json_dict=NWPU_Dataset(image_path,annotation_path,0)
	if dataset=='DIOR':
		json_dict=DIOR_Dataset(image_path,annotation_path,11725)
	if dataset=='YOLO':
		json_dict=YOLO_Dataset(image_path,annotation_path,0)
	save_json(json_dict,save)

运行生成instances_train2017.json，再修改路径生成instances_train2017.json。

如果自己的数据集是voc格式，可以使用参考链接1中的大大给出的代码。

2.环境配置

激活当前项目所在环境，使用如下命令完成环境配置：

pip install -r requirements.txt

3.pth文件生成

先下载预训练文件，官方提供了 DETR 和 DETR-DC5 models,两个模型，选择一个下载

新建py文件，mydataset.py，使用如下代码，修改第5行为自己的类别数+1

import torch
pretrained_weights  = torch.load('detr-r50-e632da11.pth')

#NWPU数据集，10类
num_class = 11    #类别数+1，1为背景
pretrained_weights["model"]["class_embed.weight"].resize_(num_class+1, 256)
pretrained_weights["model"]["class_embed.bias"].resize_(num_class+1)
torch.save(pretrained_weights, "detr-r50_%d.pth"%num_class)

运行，生成detr-r50_11.pth

4.参数修改

修改models/detr.py文件，313行的num_classes为自己的类别数

5.训练

进行训练需要设置一些参数，可以在main.py文件中直接修改或者使用命令行

【a】main.py文件直接修改
修改main.py文件的epochs、lr、batch_size等训练参数

修改自己的数据集路径：

设置输出路径：

修改resume为自己的预训练权重文件路径

【b】命令行

python main.py --dataset_file "coco" --coco_path "/myData/coco" --epoch 300 --lr=1e-4 --batch_size=8 --num_workers=4 --output_dir="outputs" --resume="detr_r50_11.pth"

运行main.py文件

二. 出现的bug

1. KeyError: ‘area’

area = torch.tensor([obj[“area”] for obj in anno])
KeyError: ‘area’

由定位到的语句可知，应该是字典obj没有名为area的key，查看了一下我的标签文件，确实生成的有问题，里面没有area信息，重新生成了一下，成功运行。

三.评估及预测

1.评估

其实训练过程中，DETR在每个epoch都会自动进行一次精度评估，评估结果查看直接输出或生成的中间文件就行，也可以再用main.py评估一下精度，将下列代码中的–resume改为最后一个epoch输出的模型路径，–coco_path改为自己的数据集路径即可

python main.py --batch_size 6 --no_aux_loss --eval --resume /home/detr-main/outputs/checkpoint0299.pth --coco_path /home/NWPUVHR-10

精度评估结果：
训练了300个epoch，IoU=0.5的AP为88%左右

2.预测

使用参考链接3中的代码，将要预测的图片保存在一个文件夹下，预测时一次输出所有图片的预测结果

需要修改的参数有：

第30行，我当时下载的backbone是resnet50，修改（训练时已经下载好了主干特征网络是Resnet50的DETR权重文件，放在主文件夹下）

七八十行
–coco_path 修改为自己的数据集路径
–outputdir 修改为建立的预测图片的保存文件夹
–resume 修改为训练好的模型文件路径

修改182行187行的路径为要预测的图片文件夹路径

ps：由于我用服务器跑，无法传回图片而出现一个报错，于是把这两句注释掉了：

#cv2.imshow("images",image)
#cv2.waitKey(1)

有可能会报一个错，这个是你的某张图片预测时没有检测出目标导致的：

预测结果：

参考：
1.windows10复现DEtection TRansformers（DETR
2.如何用DETR（detection transformer）训练自己的数据集
3.pytorch实现DETR的推理程序