深度学习模型对海陆分割遥感图像数据集进行语义分割
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作者:
@小白创作中心
深度学习模型对海陆分割遥感图像数据集进行语义分割
引用
CSDN
1.
https://blog.csdn.net/2401_88441190/article/details/146094367
本文将详细介绍如何使用深度学习模型(UNet、DeepLabV3)对海陆分割遥感图像进行语义分割。通过本文,读者将学习到数据集准备、模型训练和结果可视化等关键步骤,并获得完整的代码示例。
数据集准备
假设你的数据集结构如下:
sea_land_segmentation/
├── images/
│ ├── train/
│ │ ├── img1.jpg
│ │ └── ...
│ ├── val/
│ │ ├── img1.jpg
│ │ └── ...
│ └── test/
│ ├── img1.jpg
│ └── ...
└── masks/
├── train/
│ ├── img1.png
│ └── ...
├── val/
│ ├── img1.png
│ └── ...
└── test/
├── img1.png
└── ...
data_sea_land.yaml
data_sea_land.yaml
文件内容示例:
train: ./sea_land_segmentation/images/train/
val: ./sea_land_segmentation/images/val/
nc: 2 # 类别数量:Sea 和 Land
names: ['Sea', 'Land']
确保每个掩码图像(mask)是单通道的PNG图像,其中像素值代表类别ID(例如0代表Sea,1代表Land)。
安装依赖库
确保安装了必要的库:
pip install segmentation-models-pytorch albumentations opencv-python-headless torch torchvision
自定义数据集类
编写一个自定义的数据集类来读取图像和对应的掩码。
import os
import cv2
import numpy as np
from torch.utils.data import Dataset
class SeaLandDataset(Dataset):
def __init__(self, images_dir, masks_dir, transform=None):
self.images_fps = [os.path.join(images_dir, image_id) for image_id in os.listdir(images_dir)]
self.masks_fps = [os.path.join(masks_dir, mask_id) for mask_id in os.listdir(images_dir)]
self.transform = transform
def __getitem__(self, i):
image = cv2.imread(self.images_fps[i])
image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2RGB)
mask = cv2.imread(self.masks_fps[i], 0)
if self.transform:
augmented = self.transform(image=image, mask=mask)
image = augmented['image']
mask = augmented['mask']
return image, mask
def __len__(self):
return len(self.images_fps)
模型定义与训练
选择一个合适的模型架构(例如UNet或DeepLabV3),并配置优化器、损失函数和评估指标。
训练脚本
import torch
import segmentation_models_pytorch as smp
from torch.utils.data import DataLoader
from sklearn.model_selection import train_test_split
# 加载数据集
train_dataset = SeaLandDataset('./sea_land_segmentation/images/train/', './sea_land_segmentation/masks/train/')
valid_dataset = SeaLandDataset('./sea_land_segmentation/images/val/', './sea_land_segmentation/masks/val/')
train_loader = DataLoader(train_dataset, batch_size=16, shuffle=True, num_workers=4)
valid_loader = DataLoader(valid_dataset, batch_size=4, shuffle=False, num_workers=4)
# 定义模型
ENCODER = 'resnet34'
ENCODER_WEIGHTS = 'imagenet'
CLASSES = ['Sea', 'Land']
ACTIVATION = 'sigmoid' # 二分类问题可以使用sigmoid激活函数
model = smp.Unet(
encoder_name=ENCODER,
encoder_weights=ENCODER_WEIGHTS,
classes=len(CLASSES),
activation=ACTIVATION,
)
preprocessing_fn = smp.encoders.get_preprocessing_fn(ENCODER, ENCODER_WEIGHTS)
# 设置损失函数和优化器
loss = smp.utils.losses.CrossEntropyLoss()
metrics = [
smp.utils.metrics.IoU(threshold=0.5),
]
optimizer = torch.optim.Adam([
dict(params=model.parameters(), lr=0.0001),
])
train_epoch = smp.utils.train.TrainEpoch(
model,
loss=loss,
metrics=metrics,
optimizer=optimizer,
device='cuda',
verbose=True,
)
valid_epoch = smp.utils.train.ValidEpoch(
model,
loss=loss,
metrics=metrics,
device='cuda',
verbose=True,
)
max_score = 0
for i in range(0, 40): # 训练周期数
print('\nEpoch: {}'.format(i))
train_logs = train_epoch.run(train_loader)
valid_logs = valid_epoch.run(valid_loader)
if max_score < valid_logs['iou_score']:
max_score = valid_logs['iou_score']
torch.save(model, './best_model.pth')
print('Model saved!')
if i == 25:
optimizer.param_groups[0]['lr'] /= 10
print('Decrease decoder learning rate to 1e-5!')
推理与结果可视化
训练完成后,我们可以利用训练好的模型对新图片进行预测,并将结果可视化。
推理脚本
import matplotlib.pyplot as plt
best_model = torch.load('./best_model.pth')
def visualize(image, gt_mask, pr_mask):
figure, ax = plt.subplots(1, 3, figsize=(10, 10))
ax[0].imshow(image)
ax[0].set_title("Image")
ax[1].imshow(gt_mask, cmap='gray')
ax[1].set_title("Ground Truth Mask")
ax[2].imshow(pr_mask, cmap='gray')
ax[2].set_title("Predicted Mask")
plt.show()
test_dataset = SeaLandDataset('./sea_land_segmentation/images/test/', './sea_land_segmentation/masks/test/')
for i in range(5): # 可视化前5个测试样本
image, gt_mask = test_dataset[i]
x_tensor = torch.from_numpy(image).to('cuda').permute(2, 0, 1).unsqueeze(0).float() / 255.
pr_mask = best_model.predict(x_tensor)
pr_mask = pr_mask.squeeze().cpu().numpy()
visualize(image, gt_mask, pr_mask)
运行步骤总结
- 数据集准备 :确认数据集已按要求组织好。
- 安装依赖 :通过提供的命令安装所需的Python库。
- 自定义数据集类 :创建自定义数据集类以加载图像和掩码。
- 模型定义与训练 :选择合适的模型架构,配置优化器、损失函数,并开始训练过程。
- 推理与可视化 :使用训练好的模型进行推理,并可视化结果。
以上提供了完整的流程——使用Segmentation Models for PyTorch对海陆分割遥感图像进行语义分割任务。
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