新人赛 钢铁缺陷检测挑战赛baseline改良方案

本文针对钢铁缺陷检测挑战赛，提出baseline改良方案。将模型由yolov3换为PPYOLO，调整数据增强，改batch_size为16，采用lr预热策略，选ResNet50_vd_ssld作为backbone并调学习率。经训练预测，得分4.9285，较原基线高0.5。还提及后续可用PPYOLOV2、优化数据增强及模型融合进一步提升。

新人练习赛 钢铁缺陷检测挑战赛baseline改良方案

赛事简介

赛题介绍

本次比赛为图像目标识别比赛，要求参赛选手基于给定图像建立模型，识别出钢铁表面出现缺陷的位置，并给出锚点框的坐标，同时对不同的缺陷进行分类。

数据简介

本数据集来自NEU表面缺陷检测数据集，收集了6种典型的热轧带钢表面缺陷，即氧化铁皮压入(RS)、斑块(Pa)、开裂(Cr)、点蚀(PS)、夹杂(In)和划痕(Sc)。

提交内容及格式

结果文件命名：submission.csv（否则无法成功提交） 结果文件格式：.csv（否则无法成功提交） 结果文件内容：submission.csv结果文件需包含多行记录，每行包括4个字段，内容示例如下

各字段含义如下：

image_id(int): 图片id

bbox(list[float]): 检测框坐标(XMin, YMin, XMax, YMax)

category_id: 缺陷所属类别(int)，类别对应字典为:{‘ crazing’:0,’inclusion’:1, ’pitted_surface’:2, ,’scratches’:3,’patches’:4,’rolled-in_scale’:5}

confidence(float): 置信度

备注： 每一行记录1个检测框，并给出对应的category_id；同张图片中检测到的多个检测框，需分别记录在不同的行内。

本次方案是参考原作者提出baseline：https://aistudio.baidu.com/aistudio/projectdetail/2319492

本文真正的应用PaddleX的代码非常简单，并且新手友好！

根据最新文档，所有的PaddleX都由三步组成：

本次执行过程可分为：

1、安装需要的PaddleX版本

2、解压数据

3、分割数据集

4、引入包并设为GPU训练

5、定义图像处理流程transforms

6、定义数据集Dataset

7、正式训练

8、进行预测

9、将结果写入目标文件

本次方案

在基线的基础上，更换了目标检测模型，由yolov3更换成了PPYOLO。

减少了原有的数据增强，虽然数据增强可以优化过拟合问题，但是过多的数据增强反而会使得准确率下降。

调整了batch_size值，调整Lr策略增加warmup步骤。

最后得分4.9285，比原作者baseline得分高出了0.5。

1、安装需要的PaddleX版本

# 安装paddlex# 需要注意paddlex1对于版本有所要求，所以最好更新对应的包版本!pip install "numpy<=1.19.5" -i https://mirror.baidu.com/pypi/simple!pip install "paddlex<2.0.0" -i https://mirror.baidu.com/pypi/simple

2、解压数据

数据集已经直接被放在./work/目录下，直接解压即可

# 解压文件并移除多余的目录! unzip work/train.zip -d ./work/! rm -f -r work/__MACOSX! unzip work/test.zip -d ./work/! rm -f -r work/__MACOSX

3、按比例分割数据集

按比例9：1分割数据集

（PS：原作者是8：2分割数据集）

import os# 遍历训练集name = [name for name in os.listdir('work/train/IMAGES') if name.endswith('.jpg')]train_name_list=[]for i in name:    tmp = os.path.splitext(i)    train_name_list.append(tmp[0])# 构造图片-xml的链接文件ori_train.txtwith open("./work/train/ori_train.txt","w") as f:    for i in range(len(train_name_list)):        if i!=0: f.write('\n')        line='IMAGES/'+train_name_list[i]+'.jpg'+" "+"ANNOTATIONS/"+train_name_list[i]+'.xml'         f.write(line)# 构造label.txtlabels=['crazing','inclusion','pitted_surface','scratches','patches','rolled-in_scale']with open("./work/train/labels.txt","w") as f:    for i in range(len(labels)):        line=labels[i]+'\n'        f.write(line)# 将ori_train.txt随机按照eval_percent分为验证集文件和训练集文件# eval_percent 验证集所占的百分比import randomeval_percent=0.1;data=[]with open("work/train/ori_train.txt", "r") as f:    for line in f.readlines():        line = line.strip('\n')        data.append(line)index=list(range(len(data)))random.shuffle(index)# 构造验证集文件cut_point=int(eval_percent*len(data))with open("./work/train/val_list.txt","w") as f:    for i in range(cut_point):        if i!=0: f.write('\n')        line=data[index[i]]        f.write(line)# 构造训练集文件with open("./work/train/train_list.txt","w") as f:    for i in range(cut_point,len(data)):        if i!=cut_point: f.write('\n')        line=data[index[i]]        f.write(line)

训练集文件

验证集文件

标签文件

4、引入包并设为GPU训练

引入包并设为GPU训练，如果没有GPU则使用CPU训练

import matplotlibmatplotlib.use('Agg') import osos.environ['CUDA_VISIBLE_DEVICES'] = '0'import paddlex as pdx

5、定义图像处理流程transforms

from paddlex.det import transformstrain_transforms = transforms.Compose([    transforms.MixupImage(mixup_epoch=250),    transforms.RandomDistort(),    transforms.RandomExpand(),    transforms.RandomCrop(),    transforms.Resize(target_size=608, interp='RANDOM'),    transforms.RandomHorizontalFlip(),    transforms.Normalize(),])eval_transforms = transforms.Compose([    transforms.Resize(target_size=608, interp='CUBIC'),    transforms.Normalize(),])

6、定义数据集Dataset

train_dataset = pdx.datasets.VOCDetection(    data_dir='work/train',    file_list='work/train/train_list.txt',    label_list='work/train/labels.txt',    transforms=train_transforms,    shuffle=True)eval_dataset = pdx.datasets.VOCDetection(    data_dir='work/train',    file_list='work/train/val_list.txt',    label_list='work/train/labels.txt',    transforms=eval_transforms)

7、正式训练

本次方案采取了pdx.det.PPYOLO方案，并且batch_size设为16，加快训练的速度。还有采取lr预热warmup策略。PPYOLO的backbone选为ResNet50_vd_ssld，并且对学习率进行了调整。经过以上的调整，最后得分为4.9285，比原作者的4.49872，高出了约0.5。证明此方案可行。

num_classes = len(train_dataset.labels)model = pdx.det.PPYOLO(num_classes=num_classes, backbone='ResNet50_vd_ssld')model.train(    num_epochs=300,    train_dataset=train_dataset,    train_batch_size=16,    eval_dataset=eval_dataset,    learning_rate=0.000125,    warmup_steps=1000,    warmup_start_lr=0.0,    lr_decay_epochs=[210,240],    save_interval_epochs=10,    save_dir='output/ppyolo_ResNet50_vd_ssld',    use_vdl=True)

8、 进行预测

遍历文件夹获得需要检测的图片列表

test数据是在之前和train数据一起解压的，这里就直接遍历文件夹即可~

如果有小伙伴为了保护存储器删除了数据，还请重新解压一次~如果一路运行下来什么都没进行操作就直接运行就可以了~

import osname = [name for name in os.listdir('work/test/IMAGES') if name.endswith('.jpg')]test_name_list=[]for i in name:    tmp = os.path.splitext(i)    test_name_list.append(tmp[0])

进行检测

模型预测结果为： [{'category_id': int64, 'bbox': float:[x,y,x_length,y_length], 'score': float, 'category': str},

其中，category_id是编号，bbox是锚框，score是置信度，category是类别名称。需要注意bbox的格式和题目中格式不同，这里分别表明了框的左下角坐标，以及长宽长

度，题目要求为左下角坐标和右上角坐标；这里的编号和题目中编号并不对应，所以需要根据类别信息进行转化。

import paddlex as pdx# 读取模型model = pdx.load_model('output/ppyolo_ResNet50_vd_ssld/best_model')# 建立一个标号和题目要求的id的映射num2index={'crazing':0,'inclusion':1,'pitted_surface':2,'scratches':3,'patches':4,'rolled-in_scale':5}result_list = []# 将置信度较好的框写入result_listfor index in test_name_list:    image_name = 'work/test/IMAGES/'+index+'.jpg'    predicts = model.predict(image_name)    for predict in predicts:        if predict['score']<0.5: continue;        # 将bbox转化为题目中要求的格式        tmp=predict['bbox']        tmp[2]+=tmp[0]        tmp[3]+=tmp[1]        line=[index,tmp,num2index[predict['category']],predict['score']]        result_list.append(line)

9、将结果写入目标文件

将上述list转化为csv就可以直接提交了！

import numpy as npresult_array = np.array(result_list)import pandas as pddf = pd.DataFrame(result_array,columns=['image_id','bbox','category_id','confidence'])df.to_csv('submission.csv',index=None)

10、总结

针对目标检测比赛,大家在选定了一个baseline之后可以尝试各种技巧，包括学习率调整策略，模型调参等等。关于目标检测竞赛的一些技巧，大家可以去网上搜索相关的trick。

改进方案：

可使用精度更好的模型，例如PPYOLOV2。

另外数据扩增方法一定要反复尝试，会很大程度上影响模型精度，合理选择数据增强方式。

后期上分可使用模型融合。

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