Python深度学习如何在自定义数据集上训练检测模型【指导】

关键在于数据、标注、配置三者对齐；推荐PyTorch+torchvision，用COCO格式组织数据，自定义Dataset同步变换图像与bbox，微调Faster R-CNN时替换box_predictor并注意类别ID从1开始，用原生训练循环控制loss与评估。

直接在自定义数据集上训练目标检测模型，关键不是换框架，而是把数据、标注、配置三者对齐。PyTorch（搭配torchvision或Detectron2）和TensorFlow（搭配TFOD API）都支持，但PyTorch生态目前更灵活、文档更贴近实战，推荐从 torchvision.models.detection 的预训练Faster R-CNN或RetinaNet入手。

数据准备：按规范组织图像和标注

检测任务需要图像 + 对应的边界框（bbox）+ 类别标签。不建议用XML或JSON手写——容易出错。推荐统一转成COCO格式（json）或Pascal VOC格式（每图一个XML），其中COCO更通用。

• 图像存放在 images/ 文件夹，命名简洁（如 001.jpg）
• 标注用工具生成：LabelImg（VOC）、CVAT 或 Roboflow（导出COCO），确保每个bbox有 [x_min, y_min, x_max, y_max] 和 class_id
• 划分 train/val 子集，生成对应 train.json 和 val.json（COCO）或 ImageSets/Main/train.txt（VOC）

数据加载：写好Dataset类并做必要变换

torchvision 的 torch.utils.data.Dataset 必须返回 image（PIL或Tensor）和 target（字典，含 boxes、labels、可选 image_id 和 area）。注意三点：

• boxes 必须是 float32 Tensor，shape为 (N, 4)，且坐标不能越界（如 x_max > image_width）
• 所有变换（Resize、ToTensor、Normalize）要同步作用于图像和 boxes —— 用 torchvision.transforms.v2（新版）或自定义函数，避免用老版transforms导致bbox错位
• 类别 ID 从 1 开始（0 留给背景），例如你的数据只有“car”和“person”，label 应为 [1, 2]，不是 [0, 1]

模型微调：加载预训练权重，替换分类头

以 Faster R-CNN 为例，不从头训练：

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• 用 torchvision.models.detection.fasterrcnn_resnet50_fpn(weights="DEFAULT") 加载COCO预训练权重
• 修改 model.roi_heads.box_predictor：新类别数 = N（你的类别数）+ 1（背景），传入 FastRCNNPredictor(1024, N+1)
• 保持 backbone 和 neck 冻结前几层（可选），只训 head；训练稳定后再解冻微调

训练与验证：用原生PyTorch循环，别绕远路

不用封装库，自己写训练循环更可控：

• 损失函数自动计算：Faster R-CNN 的 model(images, targets) 返回 dict（含 loss_classifier、loss_box_reg 等）
• 优化器用 torch.optim.SGD（带 momentum=0.9）或 AdamW；学习率从 0.005 起步，配合 torch.optim.lr_scheduler.StepLR
• 验证时用 model.eval() + torch.no_grad()，用 COCOEval 或 simple metric（如 mAP@0.5）评估
• 每轮保存 model.state_dict()，别存整个 model 对象（体积大、兼容性差）

基本上就这些。难点不在代码量，而在数据格式校验和训练细节的耐心调试——比如 bbox 坐标是否归一化、类别ID是否对齐、GPU显存是否够用（batch_size=2 往往就够）。跑通第一个 epoch 有 loss 下降，后面就是调参和迭代的事了。

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