PaddleRS:无人机汽车识别

P粉084495128
发布: 2025-07-23 11:16:44
原创
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该项目基于PaddleRS,利用0.05米分辨率的DFC2018 Houston数据集超高分辨率影像,裁剪出1400张图块并标注汽车,按9:1划分训练集和验证集。通过定义数据增强和数据集,使用PPYOLOv2模型训练,借助VDL查看效果,评估得较高map,最后实现模型预测及可视化。

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PaddleRS:无人机汽车识别

基于0.5m的高分辨率无人机影像,我们希望能够使用目标检测的方法找到影像中的汽车。项目将基于PaddleRS完成该任务。

1 数据准备

数据来自于DFC2018 Houston,DFC2018 Houston 是2018年IEEE GRSS Data Fusion 比赛所用的数据集。这个数据是由 University of Houston Dr. Saurabh Prasad 的实验室制作公开的。这个数据是个多传感器数据,包含了48个波段的高光谱数据(1米),3波段的LiDAR数据(0.5米),以及超高分辨率影像(0.05米)。这个数据包含了20类地物。

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只取用了其中0.05米分辨率的超高分辨率影像,裁剪为1400张596x601大小的图块,由手工标注汽车的矩形框,按照9:1划分训练集和数据集。

In [1]
# 解压数据集! mkdir -p dataset
! unzip -oq data/data56250/carDetection_RGB.zip -d dataset
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In [2]
# 划分数据集import osimport os.path as ospimport randomdef get_data_list(data_dir):
    random.seed(666)
    mode = ["train_list", "val_list"]
    dir_path = osp.join(data_dir, "JPEGImages")
    files = [f.split(".")[0] for f in os.listdir(dir_path)]
    random.shuffle(files)  # 打乱顺序
    with open(osp.join(data_dir, f"{mode[0]}.txt"), "w") as f_tr:        with open(osp.join(data_dir, f"{mode[1]}.txt"), "w") as f_va:            for i, name in enumerate(files):                if (i % 10) == 0:  # 训练集与测试集为9:1
                    f_va.write(f"JPEGImages/{name}.jpg Annotations/{name}.xml\n")                else:
                    f_tr.write(f"JPEGImages/{name}.jpg Annotations/{name}.xml\n")
    labels = ["car"]
    txt_str = "\n".join(labels)    with open((data_dir + "/" + f"label_list.txt"), "w") as f:
        f.write(txt_str)    print("Finished!")

get_data_list("dataset")
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Finished!
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2 PaddleRS准备

PaddleRS是基于飞桨开发的遥感处理平台,支持遥感图像分类,目标检测,图像分割,以及变化检测等常用遥感任务,帮助开发者更便捷地完成从训练到部署全流程遥感深度学习应用。

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github:https://github.com/PaddlePaddle/PaddleRS

接下来可以通过git clone得到PaddleRS。

In [7]
! git clone https://github.com/PaddlePaddle/PaddleRS.git
%cd PaddleRS
! git checkout release/1.0! pip install --upgrade pip
! pip install -r requirements.txt -i https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple
! python setup.py install
%cd ..
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3 模型训练

PaddleRS借鉴PaddleSeg的API设计模式并进行了较高程度的封装,可以方便的完成数据、模型等的定义,快速开始模型的训练迭代。

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3.1 数据定义

主要通过datasets和transforms两个组件完成任务,datasets中有包含分割检测分类等多任务的数据加载API,而transforms集成了大部分通用或单独的数据增强API,目前可以通过源码查看。

In [2]
import osimport os.path as ospfrom paddlers.datasets import VOCDetDataset 
from paddlers import transforms as T# 定义数据增强train_transforms = T.Compose([
    T.DecodeImg(),
    T.RandomDistort(),
    T.RandomCrop(),
    T.RandomHorizontalFlip(),
    T.BatchRandomResize(
        target_sizes=[512, 544, 576, 608, 640, 672, 704],
        interp='RANDOM'),
    T.Normalize(mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225]),
    T.ArrangeDetector('train')
])
eval_transforms = T.Compose([
    T.DecodeImg(),
    T.Resize(target_size=608, interp='CUBIC'),
    T.Normalize(
        mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225]),
    T.ArrangeDetector('eval')
])# 定义数据集data_dir = "dataset"train_file_list = osp.join(data_dir, 'train_list.txt')
val_file_list = osp.join(data_dir, 'val_list.txt')
label_file_list = osp.join(data_dir, 'label_list.txt')
train_dataset = VOCDetDataset(
    data_dir=data_dir,
    file_list=train_file_list,
    label_list=label_file_list,
    transforms=train_transforms,
    shuffle=True)
eval_dataset = VOCDetDataset(
    data_dir=data_dir,
    file_list=train_file_list,
    label_list=label_file_list,
    transforms=eval_transforms,
    shuffle=False)
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2023-03-08 18:57:32 [INFO]	Starting to read file list from dataset...
2023-03-08 18:57:39 [INFO]	944 samples in file dataset/train_list.txt, including 944 positive samples and 0 negative samples.
creating index...
index created!
2023-03-08 18:57:39 [INFO]	Starting to read file list from dataset...
2023-03-08 18:57:47 [INFO]	944 samples in file dataset/train_list.txt, including 944 positive samples and 0 negative samples.
creating index...
index created!
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In [5]
# 检查及可视化数据import numpy as npimport cv2import matplotlib.pyplot as plt

%matplotlib inline# 反归一化def in_normal(img):
    mean = np.array([0.485, 0.456, 0.406])
    std = np.array([0.229, 0.224, 0.225])
    img = (255 * (img * std + mean)).astype("uint8")    return img# 绘制矩形框def visual(img, bboxs):
    for bbox in bboxs:
        x1, y1, x2, y2 = bbox
        cv2.rectangle(img, (x1, y1), (x2, y2), (255, 0, 0), 2)    return imgfor data in train_dataset:
    img = in_normal(data["image"])
    vis = visual(img, data["gt_bbox"])
    plt.figure(figsize=(10, 10))
    plt.imshow(img)
    plt.show()    break
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<Figure size 1000x1000 with 1 Axes>
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3.2 模型准备

PaddleRS将模型分别放置于models和custom_models中,分别包含了Paddle四大套件的模型结构以及与遥感、变化检测等相关的模型结构。通过tasks进行了模型的封装,集成了Loss、Opt、Metrics等,可根据需要进行修改。这里以默认的PPYOLOv2为例。

In [7]
from paddlers.tasks.object_detector import PPYOLOv2

num_classes = len(train_dataset.labels)
model = PPYOLOv2(num_classes=num_classes)
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In [ ]
model.train(
    num_epochs=30,
    train_dataset=train_dataset,
    train_batch_size=16,
    eval_dataset=eval_dataset,
    pretrain_weights="COCO",
    learning_rate=3e-5,
    warmup_steps=10,
    warmup_start_lr=0.0,
    save_interval_epochs=5,
    lr_decay_epochs=[10, 20],
    save_dir="output",
    use_vdl=True)
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训练的效果可以通过VDL进行查看。

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In [9]
from paddlers.tasks import load_model

new_model = load_model("output/best_model")
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2023-03-08 19:28:24 [INFO]	Model[PPYOLOv2] loaded.
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4 模型评估

只需要调用evaluate即可完成预测。可以看到map还是挺高的。

In [10]
new_model.evaluate(eval_dataset)
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2023-03-08 19:28:32 [INFO]	Start to evaluate(total_samples=944, total_steps=944)...
2023-03-08 19:29:17 [INFO]	Accumulating evaluatation results...
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OrderedDict([('bbox_map', 90.35561807270788)])
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5 模型预测

PaddleRS的目标检测task可以方便的给出坐标、类别和分数,可供自行进行一些后处理。也可以直接使用visualize_detection进行可视化。下面对一张测试图像进行预测并可视化。

In [11]
from paddlers.tasks.utils.visualize import visualize_detectionimport matplotlib.pyplot as plt

%matplotlib inline

test_transforms = T.Compose([
    T.DecodeImg(),
    T.Resize(target_size=608, interp='CUBIC'),
    T.Normalize(
        mean=[0.485, 0.456, 0.406], std=[0.229, 0.224, 0.225]),
    T.ArrangeDetector('test')
])

img_path = "dataset/JPEGImages/UH_NAD83_272056_3289689_58.jpg"pred = new_model.predict(img_path, test_transforms)
vis_img = visualize_detection(img_path, pred, save_dir=None)
plt.figure(figsize=(10, 10))
plt.imshow(vis_img)
plt.show()
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<Figure size 1000x1000 with 1 Axes>
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