本文围绕GAMMA挑战赛黄斑中央凹定位任务展开,使用中山大学提供的200个眼底彩照样本(100训练、100测试)。采用Unet结合heatmap方法,经5折交叉验证训练5个模型,取平均预测结果。通过热力图精确定位,损失函数含方差奖励提升收敛,最高得分9.07791。
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除了视盘,眼底另一重要结构是黄斑。黄斑在视盘的颞侧0.35cm处并稍下方,处于人眼的光学中心区。黄斑中央的凹陷称为中央凹,是视力最敏锐的地方。因此,实现中央凹的精确定位对眼底疾病自动化诊断至关重要。
https://aistudio.baidu.com/aistudio/competition/detail/120/0/introduction
根据给定眼底图像彩照,预测中央凹在图像中的坐标值(十字中心坐标)。下图为模型预测结果。
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本常规赛数据集由中国广州中山大学中山眼科中心提供,数据集中包含200个2D眼底彩照样本,分别为:训练集100个,测试集100个。
常规赛训练集 训练数据集包括100个样本0001-0100,每个样本对应一个2D眼底彩照数据,存储为0001.jpg。黄斑中央凹定位坐标金标准存储在Excel表格中,第一列为图像名称,第二列为x坐标位置,第三列为y坐标位置。
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评价指标Evaluation Metrics
平均欧式距离(Average Euclidean Distance, AED)是黄斑中央凹定位结果的评价指标,计算每个测试样本预测的黄斑中央凹坐标与金标准的欧式距离(坐标被归一化),最终计算其平均值。该任务的最后得分即为平均欧式距离的倒数:
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- 通过将所有图片翻转为视盘在左,尺寸reshape为1956x1934,在对中央凹的坐标值进行统计分析,发现中央凹位置集中在(608,400)的范围内。因此,对于每张图片,只将关注范围移动到此区域。
 
- 由于使用resnet接fc层直接进行坐标回归缺乏空间泛化能力,因此本项目采用Unet结合heatmap的方式进行精确定位。可参考https://zhuanlan.zhihu.com/p/374842773
 
- 为了更准确地评价模型,采用了5折交叉验证分别训练5个模型,为了确保每个训练数据对最终模型的预测都做出贡献,取这5个模型的平均作为预测结果。
 
- 通过提高热力图的最大值(10),提升了模型的收敛速度;在损失函数里添加了模型输出的方差奖励,奖励模型输出比较集中在一个区域。
 
左边对应模型预测的热力图,右侧对应原图和十字中央凹位置。可以看到模型输出的热力图集中在中央凹附近。
 
 
        
#获取数据集!wget https://dataset-bj.cdn.bcebos.com/%E5%8C%BB%E7%96%97%E6%AF%94%E8%B5%9B/task2_Fovea_localization.zip#解压数据集到/data文件夹!unzip -oq task2_Fovea_localization.zip -d ./data#解压已经炼好的模型,大家可以在此基础上再继续精炼import os
os.mkdir('./model')
!unzip -oq data/data120091/炼好的模型.zip -d ./model#导入相关包,函数from work.my_func.data_process import transfer_img_location,get_gauss_map,dark_kernel_processfrom work.my_func.data_info import train_lr,train_size,test_lr,test_size,get_img_pathfrom work.my_func.model import Unetimport paddleimport paddle.nn as nnimport paddle.nn.functional as Ffrom paddle.io import Dataset,DataLoaderfrom paddle.nn import Linear,Dropout,BatchNorm1Dimport numpy as npimport pandas as pdimport matplotlib.pyplot as pltimport randomimport warningsfrom PIL import Image# 忽略警告输出warnings.filterwarnings("ignore")
paddle.set_device('gpu')
paddle.disable_static()/opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/matplotlib/__init__.py:107: DeprecationWarning: Using or importing the ABCs from 'collections' instead of from 'collections.abc' is deprecated, and in 3.8 it will stop working from collections import MutableMapping /opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/matplotlib/rcsetup.py:20: DeprecationWarning: Using or importing the ABCs from 'collections' instead of from 'collections.abc' is deprecated, and in 3.8 it will stop working from collections import Iterable, Mapping /opt/conda/envs/python35-paddle120-env/lib/python3.7/site-packages/matplotlib/colors.py:53: DeprecationWarning: Using or importing the ABCs from 'collections' instead of from 'collections.abc' is deprecated, and in 3.8 it will stop working from collections import Sized
#接收转换后的位置transfer_location_x = []
transfer_location_y = []#遍历训练数据for index in range(100):
    _,location = transfer_img_location(index,lr=train_lr[index],size=train_size[index],mode='train')
    transfer_location_x.append(location[0])
    transfer_location_y.append(location[1])#分析结果print('x的波动范围:{}'.format(np.max(transfer_location_x) - np.min(transfer_location_x)))print('y的波动范围:{}'.format(np.max(transfer_location_y) - np.min(transfer_location_y)))print('x的中值:{}'.format((np.max(transfer_location_x) + np.min(transfer_location_x))/2))print('y的中值:{}'.format((np.max(transfer_location_y) + np.min(transfer_location_y))/2))print('中央凹分布如下')
plt.scatter(transfer_location_x,transfer_location_y)
plt.show()x的波动范围:487.3958480000001 y的波动范围:282.36016400000017 x的中值:1139.385184 y的中值:1038.351979 中央凹分布如下
<Figure size 432x288 with 1 Axes>
#列表乱序,随机切分数据集random.seed(1024)
all_data = [i for i in range(100)]
random.shuffle(all_data)class TrainData(Dataset):
    def __init__(self,fold_num):        #传入折数,1,2,3,4,5其中一个
        super(TrainData,self).__init__()
        self.num_samples = 80
        self.fold_num = fold_num
        self.sample_list = list(set(all_data) - set(all_data[(self.fold_num-1)*20:(self.fold_num-1)*20+20]))    #获取训练数据样本id
    def __getitem__(self, index):
        #读取图片和标签
        index = self.sample_list[index]
        img,location = transfer_img_location(index,lr=train_lr[index],size=train_size[index],mode='train')  #加载图片,位置
        #以中央凹为中心,对图片做随即平移,防止网络只输出一个常量
        #由于在训练时,每次看到的图片都不一样(平移量不一样),所以训练的epoch要多一点100或200轮
        x,y = location
        x,y = int(x),int(y)
        move_x = random.randint(-240,240)
        move_y = random.randint(-180,180)
        x = x + move_x
        y = y + move_y
        img = img[:,x-304:x+304,y-200:y+200]        #转换输出类型为np.array,'float32'
        features = np.array(img).astype('float32')
        labels = np.array(get_gauss_map((304-move_x,200-move_y),sigma=1,r=80)).astype('float32') #标签是热力图的形式
        return features,labels    def __len__(self):
        return self.num_samples#epoch:训练轮次,方便模型命名#train_size:计算归一化欧式距离#model:评估的模型#fold_num:与训练数据集相对应,使用剩下的20个样本进行评估#visual_avalible:是否可视化模型输出与输入图片,默认为Falsedef evaluation(epoch,train_size,model,fold_num,visual_avalible=False): 
    model.eval()
    ED = 0      #归一化欧氏距离
    valid_sample = all_data[(fold_num-1)*20:(fold_num-1)*20+20]    for index in valid_sample:        #加载数据,标签
        img,location = transfer_img_location(index,lr=train_lr[index],size=train_size[index],mode='train')
        img = img[:,836:1444,840:1240]
        features = np.array(img).astype('float32')
        labels = np.array(get_gauss_map(location)).astype('float32')        #模型预测
        features = paddle.to_tensor([features])
        pre = model(features)[0].numpy()        
        #由于模型极少情况下预测的热力图是空白,因此分类讨论输出
        if np.sum(pre) < 1000:
            pre_x,pre_y = 304+80,200+40
        else:
            pre_x,pre_y = dark_kernel_process(pre[0])  #效果最好
        #计算ED
        x,y = np.array(location) - np.array([836,840])        if train_size[index] == 1:
            ED = ED + (((pre_x - x)/2992)**2 + ((pre_y - y)/2000)**2)**(1/2)        else:
            ED = ED + (((pre_x - x)/1956)**2 + ((pre_y - y)/1934)**2)**(1/2)        #可视化模型输出与输入图片
        if visual_avalible:            print('第{}张图片'.format(index+1))
            plt.subplot(121)
            plt.imshow(pre[0].transpose(1,0))
            plt.subplot(122)
            plt.imshow(img.transpose(2,1,0))
            plt.show()
    ED = ED / 20
    print('epoch:{},ED:{}'.format(epoch,ED))    #对效果较好的模型进行保存
    if ED < 0.009:
        paddle.save(model.state_dict(), 'model/model{}_ED{}.pdparams'.format(fold_num,ED)) #保存模型参数
    model.train()#传入三个参数model,opt,fold_num#建议使用GPU32G环境运送此项目def train(model,opt,fold_num,EPOCH_NUM=200,visual_avalible=False):    #加载预训练模型再训练时,可将此处设置为100
    use_gpu = True
    paddle.set_device('gpu:0') if use_gpu else paddle.set_device('cpu')
    model.train()    for epoch_id in range(EPOCH_NUM):        for batch_id,data in enumerate(train_loader()):            #读取数据
            features,labels = data
            features = paddle.to_tensor(features)
            labels = paddle.to_tensor(labels)            #前向传播
            predicts = model(features)            #使用均方误差,同时增加了对模型方差的控制,希望模型的预测热力图能集中在一个区域,因此需要增加方差,在代价函数中采用-0.0005的系数
            loss = F.square_error_cost(predicts,labels) - 0.0005 * paddle.var(predicts)            #反向传播
            avg_loss = paddle.mean(loss)
            avg_loss.backward()            #更新参数
            opt.step()            #变量梯度清0
            opt.clear_grad()            #打印损失
            if batch_id % 3 == 0:                print('epoch_id:{},loss:{}'.format(epoch_id,avg_loss.numpy()))
        
        evaluation(epoch_id,train_size,model,fold_num,visual_avalible=visual_avalible)  #需要可视化时,添加visual_avalible=True'''
由于训练每个模型需要20G以上显存,因此训练好一个模型以后,请重启内核再训练下一个模型,防止显存溢出。
'''#加载模型model = Unet()#加载预训练模型,预训练模型是在100个样本上进行的训练layer_state_dict = paddle.load("model/model_epoch201_batch22_loss[0.46564353].pdparams")
model.set_state_dict(layer_state_dict)#定义优化器opt = paddle.optimizer.Adam(learning_rate=5e-4,parameters=model.parameters(),weight_decay=paddle.regularizer.L2Decay(coeff=0.001))#定义fold_num,从1到5共训练五个模型fold_num = 1    train_data = TrainData(fold_num)        
train_loader = DataLoader(train_data,batch_size=10,shuffle=True,drop_last=False)    #batch_size不要过大#模型训练train(model,opt,fold_num,EPOCH_NUM=10,visual_avalible=False)#加载模型model1 = Unet()
model1.set_state_dict(paddle.load("model/model1_ED0.008243825249706058.pdparams"))
model1.eval()
model2 = Unet()
model2.set_state_dict(paddle.load("model/model2_ED0.00708214607276843.pdparams"))
model2.eval()
model3 = Unet()
model3.set_state_dict(paddle.load("model/model3_ED0.008693393679250788.pdparams"))
model3.eval()
model4 = Unet()
model4.set_state_dict(paddle.load("model/model4_ED0.00877534777237888.pdparams"))
model4.eval()
model5 = Unet()
model5.set_state_dict(paddle.load("model/model5_ED0.007696413964666473.pdparams"))
model5.eval()
model_list = [model1,model2,model3,model4,model5]#生成预测结果predict_list = []print('解算开始...')for index in range(100):    #载入测试数据
    img,location = transfer_img_location(index,lr=test_lr[index],size=test_size[index],mode='test')
    img = img[:,836:1444,840:1240]
    features = np.array(img).astype('float32')
    labels = np.array(get_gauss_map(location)).astype('float32')
    features = paddle.to_tensor([features])    '''
    这里的方法是对每个热力图做黑核搜索然后将坐标平均;另一种做法是先对热力图做平均,在对其使用黑核搜索(推荐尝试)
    '''
    PreX,PreY = 0,0
    for model in model_list:
        pre = model(features)[0].numpy()        if np.sum(pre) < 1000:
            pre_x,pre_y = 304+80,200+40
        else:
            pre_x,pre_y = dark_kernel_process(pre[0],kernel_size=80)  #使用黑核搜索将热力图转为标签
        PreX = pre_x + PreX
        PreY = pre_y + PreY
    PreX = PreX / 5
    PreY = PreY / 5
    PreX = PreX + 1140-304
    PreY = PreY + 1040-200
    if test_lr[index] == 1:
        PreX = 1956 -PreX    if test_size[index] == 1:
        PreX = PreX + 518
        PreY = PreY + 33
    print('图片:{},预测结果:{}'.format(index+101,[PreX,PreY]))
    predict_list.append([PreX,PreY])print('解算完毕!')#生成csv文件pre_list = []for index in range(100):
    pre_list.append([index+101] + predict_list[index])
dataframe = pd.DataFrame(pre_list)
dataframe.columns=['data','Fovea_X','Fovea_Y']#最高得分9.07791dataframe.to_csv('pre{}.csv'.format(3),sep=',',index=False)  #format里自设数字,区分开提交的版本即可W1208 23:56:22.475440 6042 device_context.cc:447] Please NOTE: device: 0, GPU Compute Capability: 7.0, Driver API Version: 10.1, Runtime API Version: 10.1 W1208 23:56:22.481185 6042 device_context.cc:465] device: 0, cuDNN Version: 7.6.
解算开始... 图片:101,预测结果:[1508.0, 1040.6] 图片:102,预测结果:[1476.0, 1045.4] 图片:103,预测结果:[1467.2, 1061.8] 图片:104,预测结果:[1470.8, 1019.0] 图片:105,预测结果:[1690.8, 1078.2] 图片:106,预测结果:[1693.2, 1083.4] 图片:107,预测结果:[726.4000000000001, 1015.5999999999999] 图片:108,预测结果:[1494.8, 1057.0] 图片:109,预测结果:[1687.2, 1095.4] 图片:110,预测结果:[1446.0, 1080.2] 图片:111,预测结果:[1674.0, 1085.8] 图片:112,预测结果:[1472.0, 1037.0] 图片:113,预测结果:[1442.8, 1097.4] 图片:114,预测结果:[1451.6, 1011.4000000000001] 图片:115,预测结果:[1468.0, 1033.4] 图片:116,预测结果:[1246.4, 1103.8] 图片:117,预测结果:[680.4000000000001, 999.2] 图片:118,预测结果:[1489.2, 1035.0] 图片:119,预测结果:[1692.8, 1090.2] 图片:120,预测结果:[1683.6, 1102.6] 图片:121,预测结果:[1463.2, 1051.4] 图片:122,预测结果:[1260.4, 1100.6] 图片:123,预测结果:[1488.8, 1033.0] 图片:124,预测结果:[1467.2, 1038.2] 图片:125,预测结果:[1690.8, 1063.4] 图片:126,预测结果:[1257.2, 1121.4] 图片:127,预测结果:[1288.4, 1205.8] 图片:128,预测结果:[1389.2, 1034.2] 图片:129,预测结果:[1532.0, 1056.6] 图片:130,预测结果:[1476.0, 1052.2] 图片:131,预测结果:[1496.0, 1008.2] 图片:132,预测结果:[1466.4, 1072.6] 图片:133,预测结果:[1483.2, 1056.2] 图片:134,预测结果:[1546.8, 1030.6] 图片:135,预测结果:[1266.0, 1101.8] 图片:136,预测结果:[1513.6, 1032.2] 图片:137,预测结果:[750.8, 1011.5999999999999] 图片:138,预测结果:[1506.0, 1021.8] 图片:139,预测结果:[1446.0, 1067.0] 图片:140,预测结果:[1550.4, 1056.6] 图片:141,预测结果:[1303.2, 1085.0] 图片:142,预测结果:[1239.2, 1093.8] 图片:143,预测结果:[1458.4, 1055.4] 图片:144,预测结果:[1481.6, 1059.4] 图片:145,预测结果:[1480.4, 1047.0] 图片:146,预测结果:[1486.0, 1042.6] 图片:147,预测结果:[1678.4, 1094.6] 图片:148,预测结果:[1514.0, 1043.8] 图片:149,预测结果:[1496.0, 1041.4] 图片:150,预测结果:[1452.4, 1015.0] 图片:151,预测结果:[1688.8, 1097.4] 图片:152,预测结果:[1244.8, 1093.0] 图片:153,预测结果:[1441.6, 1033.0] 图片:154,预测结果:[1239.6, 1087.4] 图片:155,预测结果:[1509.2, 1025.8] 图片:156,预测结果:[1466.4, 1053.0] 图片:157,预测结果:[1468.0, 1029.8] 图片:158,预测结果:[1252.8, 1126.6] 图片:159,预测结果:[1554.8, 1035.8] 图片:160,预测结果:[661.5999999999999, 997.5999999999999] 图片:161,预测结果:[1276.4, 1093.8] 图片:162,预测结果:[1478.0, 1049.0] 图片:163,预测结果:[1258.4, 1100.6] 图片:164,预测结果:[1488.8, 1042.2] 图片:165,预测结果:[1680.4, 1104.2] 图片:166,预测结果:[1669.2, 1085.0] 图片:167,预测结果:[1252.4, 1111.0] 图片:168,预测结果:[1255.2, 1095.8] 图片:169,预测结果:[1436.0, 1034.6] 图片:170,预测结果:[1456.8, 1043.4] 图片:171,预测结果:[1824.0, 999.8] 图片:172,预测结果:[1468.4, 1067.0] 图片:173,预测结果:[1690.4, 1099.4] 图片:174,预测结果:[1442.8, 1023.4000000000001] 图片:175,预测结果:[1296.0, 1097.4] 图片:176,预测结果:[1708.8, 1112.6] 图片:177,预测结果:[666.0, 1018.0] 图片:178,预测结果:[1694.4, 1078.6] 图片:179,预测结果:[1348.0, 1107.8] 图片:180,预测结果:[1429.6, 1029.0] 图片:181,预测结果:[1268.4, 1100.2] 图片:182,预测结果:[1474.8, 1030.6] 图片:183,预测结果:[714.8, 1008.0] 图片:184,预测结果:[1502.4, 1043.0] 图片:185,预测结果:[1418.0, 1007.4000000000001] 图片:186,预测结果:[1317.6, 1044.6] 图片:187,预测结果:[1444.4, 1008.2] 图片:188,预测结果:[1272.0, 1108.2] 图片:189,预测结果:[1246.0, 1103.8] 图片:190,预测结果:[1510.4, 1045.8] 图片:191,预测结果:[1457.6, 1042.2] 图片:192,预测结果:[1691.2, 1095.0] 图片:193,预测结果:[714.0, 1002.4000000000001] 图片:194,预测结果:[1458.0, 1073.0] 图片:195,预测结果:[1469.6, 1041.4] 图片:196,预测结果:[1498.8, 1032.2] 图片:197,预测结果:[1318.4, 1109.0] 图片:198,预测结果:[1606.8, 1042.6] 图片:199,预测结果:[1468.8, 1043.8] 图片:200,预测结果:[1472.8, 1059.4] 解算完毕...
以上就是【飞桨常规赛】GAMMA中央凹检测 11月第2名方案的详细内容,更多请关注php中文网其它相关文章!
                        
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