智慧农业赛题——牛只图像分割竞赛

P粉084495128
发布: 2025-07-23 13:18:23
原创
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本文围绕牛只图像分割竞赛展开,介绍赛题背景、任务及数据情况,包括训练集和A、B榜测试集,标注文件为COCO格式的json。还阐述了数据处理、环境准备、数据集划分与定义,以及使用Mask RCNN模型训练和预测的过程,经80个epoch训练提交结果约0.2。

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一、智慧农业赛题——牛只图像分割竞赛

比赛地址:https://www.dcic-china.com/competitions/10021

参考geoyee大佬: https://aistudio.baidu.com/aistudio/projectdetail/3452878

1.赛题简介

赛题名称: 牛只图像分割竞赛

出题单位: 深圳喜为智慧科技有限公司

赛题背景: 牛只图像分割是智慧畜牧中的重要一环,既实现牛只的智能个体识别,还能掌握牛在养殖过程中的生长状况。本赛题旨在用人工智能为畜牧养殖赋能,使用机器代替饲养员对牛只进行个体识别,节约人力成本,同时快速获取牛只的体格信息数据,作为后续牛只体型评价、健康评价等的重要参考依据。

赛题任务: 本赛题以牛只实例分割图像数据作为训练样本,参赛选手需基于训练样本构建模型,对提供的测试集中的牛只图像进行实例分割检测。任务方法不局限于实例分割等方案,训练数据集不局限于提供的数据,可以加入公开的数据集。

2.数据简介

  • 此次比赛分为A榜和B榜两个评测集,以及提供200张带标注信息的训练数据,每张训练数据都是包含一个场景下多只牛的图像,并对当前场景中的牛只进行了标注;
  • A. A榜提供的测试集:100张标注图像;
  • B. B榜提供的测试集:100张标注图像;

3.数据说明

本次比赛标注文件中的类别为1类,为牛只,标注的文件格式为json格式,内容格式参照coco数据集标注格式。一个数据集对应一个图片文件夹一个json文件,json文件格式和A榜B榜json文件格式相同,内容格式具体如下:

1、“image”图片描述信息,包含多张图片的id与图片类型、名称信息。

“image”:[
{“id”: int,#图片id编号“_id”: str,#图片_id编号“file_name”: str,#图片路径或名称“height”: int,#图片高度“width”: int, #图片宽度“type”: “jpg”#图片类型},{…},{…}
]
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2、“categories”类别描述信息,包含类别名称和类别id,该数据集仅为一类,为牛只。

“categories”: [
{
“supercategory”: “object”,#父类别“name”: “cow”,#类别名称“id”: 1 #类别对应id}
]
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3、“annotations”标注描述信息,包含标注对应的图片标识id,标注的坐标信息等。

“annotations”:[
{
“_id”:str,#对应图片_id编号“id”:int,#目标标号“image_id”:int,#对应图片id编号“iscrowd”:int,#固定值0“bbox”:list,#目标定位框[x,y,w,h]“area”:float,#目标面积“segmentation”:list,#实例分割坐标[x1,y1,x2,y2,…]“category_id”:int#类别标识id},{…},{…}
]
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4.提交示例

参赛者通过提供的测试数据集图片得出具体的实例分割坐标,提交格式为json文本,utf-8编码,整体为一个数组格式,参考coco的实例分割的输出格式。

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[{“image_id”:“images/611e27ff656be64fad34087f.png”,
“category_id”:18,“segmentation”:{“size”:[2560,1440],“counts”:“xxx”},“score”:0.236},{…},…]
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二、数据处理

主要是解压缩并查看数据

In [ ]
!unzip -qoa data/data127515/train_dataset.zip -d train
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In [ ]
!unzip -qoa data/data127515/test_dataset_A.zip -d test
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In [ ]
from PIL import Image
img=Image.open('train/200/images/60ac8ef2b7f3a3763b8340af.jpg')
img
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<PIL.JpegImagePlugin.JpegImageFile image mode=RGB size=2560x1440 at 0x7FF3B6835DD0>
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三、环境准备

建议使用PaddleX,虽然都是COCO格式的json,但是实际上PaddleDetection的COCO的格式要求更严格,而PaddleX的COCO格式相对来说没那么严格,不用再进行数据处理。

In [ ]
!pip install paddlex
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四、数据集处理

1.数据集划分

按照 8:2划分train和eval

In [ ]
!mv train/200/data.json train/200/annotations.json
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In [ ]
!paddlex --split_dataset --format COCO --dataset_dir train/200 --val_value 0.2
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In [ ]
!ls train/200
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annotations.json  images  train.json  val.json
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2.统计mean和std

In [ ]
# 统计mean和stdimport osimport cv2import numpy as npfrom tqdm import tqdm


img_list_1440 = []
img_list_576 = []
means = np.zeros(3)
stdevs = np.zeros(3)
imgs_path = "train/200/images"imgs_name = os.listdir(imgs_path)for idx, name in tqdm(enumerate(imgs_name)):    if name == ".ipynb_checkpoints":        continue
    img = cv2.cvtColor(cv2.imread(os.path.join(imgs_path, name)), cv2.COLOR_BGR2RGB)
    img = img[:, :, :, np.newaxis]    if img.shape[0] == 1440:
        img_list_1440.append(img)    else:
        img_list_576.append(img)for img_list in [img_list_1440, img_list_576]:
    imgs = np.concatenate(img_list, axis=-1)
    imgs = imgs.astype(np.float32) / 255.
    for i in tqdm(range(3)):
        pixels = imgs[:, :, i, :].ravel()
        means[i] += float(np.mean(pixels))
        stdevs[i] += float(np.std(pixels))print(means / 2, stdevs / 2)
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3.定义数据集

In [1]
# 准备数据集import paddlex as pdxfrom paddlex import transforms as T


train_transforms = T.Compose([
    T.MixupImage(mixup_epoch=-1), 
    T.RandomDistort(),
    T.RandomExpand(im_padding_value=[123.675, 116.28, 103.53]), 
    T.RandomCrop(),
    T.RandomHorizontalFlip(), 
    T.BatchRandomResize(
        target_sizes=[320, 352, 384, 416, 448, 480, 512, 544, 576, 608],
        interp="RANDOM"), 
    T.Normalize(
        mean=[0.46157165, 0.46698335, 0.46580717], std=[0.28069802, 0.28096266, 0.28323689])
])

eval_transforms = T.Compose([
    T.Resize(
        target_size=608, interp="CUBIC"), 
    T.Normalize(
        mean=[0.46157165, 0.46698335, 0.46580717], std=[0.28069802, 0.28096266, 0.28323689])
])

train_dataset = pdx.datasets.CocoDetection(
    data_dir="train/200",
    ann_file="train/200/train.json",
    transforms=train_transforms,
    shuffle=True)
eval_dataset = pdx.datasets.CocoDetection(
    data_dir="train/200",
    ann_file="train/200/val.json",
    transforms=eval_transforms)
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五、模型训练

使用 Mask RCNN 模型,Mask RCNN沿用了Faster RCNN的思想,特征提取采用ResNet-FPN的架构,另外多加了一个Mask预测分支。集成了物体检测和实例分割两大功能,并且在性能上上也超过了Faster-RCNN。

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具体可参考小度熊分隔; https://gitee.com/paddlepaddle/PaddleX/blob/release/2.1/tutorials/train/instance_segmentation/mask_rcnn_r50_fpn.py

1.PaddleX模型

模型 模型大小 预测时间(毫秒) BoxAP (%) MaskAP (%)
MaskRCNN-ResNet18-FPN 189.1MB - 33.6 30.5
MaskRCNN-ResNet50 143.9MB 159.527 38.2 33.4
MaskRCNN-ResNet50-FPN 177.7MB 83.567 38.7 34.7
MaskRCNN-ResNet50_vd-FPN 177.7MB 97.929 39.8 35.4
MaskRCNN-ResNet101-FPN 253.6MB 97.929 39.5 35.2
MaskRCNN-ResNet101_vd-FPN 253.7MB 97.647 41.4 36.8
MaskRCNN-HRNet_W18-FPN 120.7MB - 38.7 34.7

2.PaddleDetection模型

骨架网络 网络类型 每张GPU图片个数 学习率策略 推理时间(fps) Box AP Mask AP 下载 配置文件
ResNet50 Mask 1 1x ---- 37.4 32.8 下载链接 配置文件
ResNet50 Mask 1 2x ---- 39.7 34.5 下载链接 配置文件
ResNet50-FPN Mask 1 1x ---- 39.2 35.6 下载链接 配置文件
ResNet50-FPN Mask 1 2x ---- 40.5 36.7 下载链接 配置文件
ResNet50-vd-FPN Mask 1 1x ---- 40.3 36.4 下载链接 配置文件
ResNet50-vd-FPN Mask 1 2x ---- 41.4 37.5 下载链接 配置文件
ResNet101-FPN Mask 1 1x ---- 40.6 36.6 下载链接 配置文件
ResNet101-vd-FPN Mask 1 1x ---- 42.4 38.1 下载链接 配置文件
ResNeXt101-vd-FPN Mask 1 1x ---- 44.0 39.5 下载链接 配置文件
ResNeXt101-vd-FPN Mask 1 2x ---- 44.6 39.8 下载链接 配置文件
ResNet50-vd-SSLDv2-FPN Mask 1 1x ---- 42.0 38.2 下载链接 配置文件
ResNet50-vd-SSLDv2-FPN Mask 1 2x ---- 42.7 38.9 下载链接 配置文件

3.模型训练

采取ResNet50_vd作为Backbone,开始训练,训练较为耗时。

In [2]
import numpy as npimport paddlex as pdxfrom paddlex import transforms as T# 初始化模型并进行训练num_classes = len(train_dataset.labels)
model = pdx.det.MaskRCNN(
    num_classes=num_classes, 
    backbone="ResNet50_vd")
    
    

model.train(
    num_epochs=200,
    train_dataset=train_dataset,
    train_batch_size=20,
    eval_dataset=eval_dataset,
    pretrain_weights="COCO",
    learning_rate=0.005 / 12,
    warmup_steps=500,
    warmup_start_lr=0.0,
    save_interval_epochs=5,
    lr_decay_epochs=[85, 135],
    save_dir="output/maskrcnn_r50vd",
    use_vdl=True)
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4.预测并提交

In [ ]
# 预测import osimport os.path as ospimport jsonimport numpy as npimport paddlex as pdxfrom tqdm import tqdmfrom pycocotools import mask as maskUtilsdef binary_mask_to_rle(binary_mask):
    binary_mask = np.asfortranarray(binary_mask)
    rle = maskUtils.encode(binary_mask)
    rle["counts"] = str(rle["counts"], encoding="utf-8")    return rle

model = pdx.load_model("output/maskrcnn_r50vd/best_model")
test_path = "test/images/"test_name = os.listdir(test_path)
res_json = []for name in tqdm(test_name):
    path = osp.join(test_path, name)    if path.split(".")[-1] != "png":        continue
    result = model.predict(path)    for res in result:        # print(res)
        # print(50*'*')
        res_json.append({            "image_id": osp.join("images", name),            "category_id": 1,            "segmentation": binary_mask_to_rle(res["mask"]),            "score": res["score"]
        })    # pdx.det.visualize(image_name, result, threshold=0.5, save_dir="./output_picture/maskrcnn_r50vd")with open("test.json", "w", encoding="utf-8") as f:
    json.dump(res_json, f)
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经过80个epoch训练提交结果为0.2左右

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