Инструкция по работе с TensorFlow Object Detection API

Перевод TensorFlow Object Detection API tutorial — Training and Evaluating Custom Object Detector.

Мы все умеем водить машину, ведь это довольно легко, правда? Но что вы будете делать, если кто-то попросит вас сесть за штурвал самолета? Совершенно верно — вы прочитаете инструкцию. Аналогично, руководство, которое вы найдете ниже, поможет вам настроить API и наслаждаться приятным полетом.

Прежде всего, клонируйте хранилище по ссылке. Надеюсь, TensorFlow у вас уже установлена.

git clone github.com/tensorflow/models.git

В машинном обучении мы, как правило, обучаем и проверяем модель при помощи CSV-файла. Но в данном случае мы действуем по схеме, приведенной на рисунке:

Прежде чем продолжить, остановимся на структуре каталогов, которыми мы будем пользоваться.

• data/ — Здесь будут содержаться записи и CSV-файлы.
• images/ — Здесь находится набор данных для обучения нашей модели.
• training/ — Сюда мы сохраним обученную модель.
• eval/ — Здесь будут храниться результаты оценки работы модели.

Шаг 1: сохранение изображений в CSV

Здесь всё довольно просто. Углубляться в эту задачу не будем, лишь приведу несколько полезных ссылок.

Наша задача — пометить изображение и создать файлы train.CSV и test.CSV.

• При помощи инструмента labelImg помечаем изображение. Как это сделать, смотрите здесь.
• Конвертируем XML в CSV, как показано здесь.

Cуществует множество способов создания CSV-файлов, в большей или меньшей степени подходящих для работы с каждым конкретным набором данных.

В рамках своего проекта мы постараемся добиться обнаружения легочных узлов при помощи датасета LUNA. Координаты узлов уже были известны, а потому создание CSV-файлов не составляло труда. Для обнаружения узлов мы используем 6 координат, показанных ниже:

Вам следует исправить лишь название класса nodules (узлы), всё прочее останется без изменений. Как только отмеченные объекты будут представлены в виде цифр, можно переходить к созданию TFRecords.

Шаг 2: создание TFRecords

TensorFlow Object Detection API не принимает входные данные для обучения модели в формате CSV, поэтому необходимо создать TFRecords при помощи этого файла.

"""
Usage:
  # From tensorflow/models/
  # Create train data:
  python generate_tfrecord.py --csv_input=data/train_labels.csv  --output_path=train.record

  # Create test data:
  python generate_tfrecord.py --csv_input=data/test_labels.csv  --output_path=test.record
"""
from __future__ import division
from __future__ import print_function
from __future__ import absolute_import

import os
import io
import pandas as pd
import tensorflow as tf

from PIL import Image
from object_detection.utils import dataset_util
from collections import namedtuple, OrderedDict

flags = tf.app.flags
flags.DEFINE_string('csv_input', '', 'Path to the CSV input')
flags.DEFINE_string('output_path', '', 'Path to output TFRecord')
FLAGS = flags.FLAGS


# TO-DO replace this with label map
def class_text_to_int(row_label):
    if row_label == 'raccoon':
        return 1
    else:
        None


def split(df, group):
    data = namedtuple('data', ['filename', 'object'])
    gb = df.groupby(group)
    return [data(filename, gb.get_group(x)) for filename, x in zip(gb.groups.keys(), gb.groups)]


def create_tf_example(group, path):
    with tf.gfile.GFile(os.path.join(path, '{}'.format(group.filename)), 'rb') as fid:
        encoded_jpg = fid.read()
    encoded_jpg_io = io.BytesIO(encoded_jpg)
    image = Image.open(encoded_jpg_io)
    width, height = image.size

    filename = group.filename.encode('utf8')
    image_format = b'jpg'
    xmins = []
    xmaxs = []
    ymins = []
    ymaxs = []
    classes_text = []
    classes = []

    for index, row in group.object.iterrows():
        xmins.append(row['xmin'] / width)
        xmaxs.append(row['xmax'] / width)
        ymins.append(row['ymin'] / height)
        ymaxs.append(row['ymax'] / height)
        classes_text.append(row['class'].encode('utf8'))
        classes.append(class_text_to_int(row['class']))

    tf_example = tf.train.Example(features=tf.train.Features(feature={
        'image/height': dataset_util.int64_feature(height),
        'image/width': dataset_util.int64_feature(width),
        'image/filename': dataset_util.bytes_feature(filename),
        'image/source_id': dataset_util.bytes_feature(filename),
        'image/encoded': dataset_util.bytes_feature(encoded_jpg),
        'image/format': dataset_util.bytes_feature(image_format),
        'image/object/bbox/xmin': dataset_util.float_list_feature(xmins),
        'image/object/bbox/xmax': dataset_util.float_list_feature(xmaxs),
        'image/object/bbox/ymin': dataset_util.float_list_feature(ymins),
        'image/object/bbox/ymax': dataset_util.float_list_feature(ymaxs),
        'image/object/class/text': dataset_util.bytes_list_feature(classes_text),
        'image/object/class/label': dataset_util.int64_list_feature(classes),
    }))
    return tf_example


def main(_):
    writer = tf.python_io.TFRecordWriter(FLAGS.output_path)
    path = os.path.join(os.getcwd(), 'images')
    examples = pd.read_csv(FLAGS.csv_input)
    grouped = split(examples, 'filename')
    for group in grouped:
        tf_example = create_tf_example(group, path)
        writer.write(tf_example.SerializeToString())

    writer.close()
    output_path = os.path.join(os.getcwd(), FLAGS.output_path)
    print('Successfully created the TFRecords: {}'.format(output_path))


if __name__ == '__main__':
    tf.app.run()

Скачав файл, внесите одно маленькое изменение: в строке 31 вместо слова raccoon поставьте собственную отметку. В приведённом примере это nodules, узлы. Если ваша модель должна будет определять несколько видов объектов, создайте дополнительные классы.

Примечание. Нумерация меток должна начинаться с единицы, а не с нуля. Например, если вы используете три вида объектов, им должны быть присвоены значения 1, 2 и 3 соответственно.

Для создания файла train.record воспользуйтесь следующим кодом:

python generate_tfRecord.py --CSV_input=data/train.CSV --output_path=data/train.record

Для создания файла test.record воспользуйтесь следующим кодом:

python generate_tfrecord.py — CSV_input=data/test.CSV — output_path=data/test.record

Шаг 3: обучение модели

Как только нужные нам файлы созданы, мы почти готовы приступить к обучению.

1. Выберите модель, которую будете обучать. Вам следует найти компромисс между скоростью работы и точностью: чем выше скорость, тем ниже точность определения, и наоборот. В качестве примера здесь используется sd_mobilenet_v1_coco.
2. Решив, с какой моделью будете работать, скачайте соответствующий файл конфигурации. В данном примере это ssd_mobilenet_v1_coco.config.
3. Создайте файл object-detection.pbtxt, который выглядит так:

   item {
     id: 1
     name: 'nodule'
   }

   Присвойте классу nodule другое имя. Если классов несколько, увеличивайте значение id и вводите новые имена.

Пришло время настроить файл конфигурации, внеся следующие коррективы.

Измените количество классов согласно своим требованиям.

#before
num_classes: 90
#After
num_classes: 1

Если мощность вашего GPU недостаточна, понизьте значение batch_size.

batch_size: 24

Укажите путь к модели ssd_mobilenet_v1_coco, которую мы скачали ранее.

#before
fine_tune_checkpoint: "PATH_TO_BE_CONFIGURED/model.ckpt"
#after
fine_tune_checkpoint: "ssd_mobilenet_v1_coco/model.ckpt"

Укажите путь к файлу train.record.

#before
train_input_reader: {  
tf_record_input_reader {   
input_path: "PATH_TO_BE_CONFIGURED/mscoco_train.record"
}
label_map_path: "PATH_TO_BE_CONFIGURED/mscoco_label_map.pbtxt"
}
#after
train_input_reader: {  
tf_record_input_reader {   
input_path: "data/train.record"
}
label_map_path: "data/object-detection.pbtxt"
}

Укажите путь к файлу test.record.

#before
eval_input_reader: {  
tf_record_input_reader {
input_path: "PATH_TO_BE_CONFIGURED/mscoco_val.record" 
 }
label_map_path: "PATH_TO_BE_CONFIGURED/mscoco_label_map.pbtxt"  shuffle: false
num_readers: 1}
#after
eval_input_reader: {  
tf_record_input_reader {
input_path: "data/test.record" 
 }
label_map_path: "data/object-detection.pbtxt"  
shuffle: false
num_readers: 1}

Теперь скопируйте папки data/ и images/ в папки models/research/object-detection. Если поступит предложение о слиянии папок, примите его.

Кроме того, нам понадобится расположенный в директории object-detection/ файл train.py.

cd models/research/object-detection

Создайте в папке object-detection/ папку training/. Именно в training/ мы сохраним нашу модель. Скопируйте в training/ файл конфигурации ssd_mobilenet_v1_coco.config. Обучение выполняется при помощи команды:

python train.py --logtostderr  
       --train_dir=training/        
 --pipeline_config_path=training/ssd_mobilenet_v1_coco.config

Если всё пойдет по плану, вы увидите, как меняется функция потерь на каждом этапе.

Шаг 4: оценка модели

Наконец, мы оцениваем модель, сохраненную в директории training/. Для этого запускаем файл eval.py и вводим следующую команду:

python eval.py 
    --logtostderr 
    --pipeline_config_path=training/ssd_mobilenet_v1_coco.config 
    --checkpoint_dir=training/ 
    --eval_dir=eval/

Результаты проверки отразятся в папке eval/. Их можно визуализировать с помощью TensorBoard.

#To visualize the eval results
tensorboard --logdir=eval/
#TO visualize the training results
tensorboard --logdir=training/

Откройте ссылку через браузер. Во вкладке Images вы увидите результаты работы модели:

На этом всё, вы успешно настроили TensorFlow Object Detection API.

Одна из самых распространенных ошибок:

No module named deployment on object_detection/train.py

Решается при помощи команды:

# From tensorflow/models/research/
export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:`pwd`:`pwd`/slim

О способах изменения параметров Faster-RCNN/SSD вы можете прочитать здесь.

Спасибо за внимание!

Автор: NIX_Solutions

Источник