C++图像分割库FPN，UNet, PSPNet, LinkNet, DeepLab, ResNet

基于LibTorch (Pytorch C++)的C++开源图像分割神经网络库.

分享一个C++的图像分割开源库LibtorchSegmentation，支持C++训练分割模型，可以训练自己的数据集。支持FPN，UNet，PAN，LinkNet，DeepLabV3和DeepLabV3+，支持ResNet系列和ResNext系列的编码器骨干网络。这个库具有以下优点:

• 高级的API (只需一行代码就可创建网络)
• 6 种模型架构可用于单类或者多类的分割任务 (包括Unet)
• 7 种编码器网络
• 所有的编码器都有预训练权重，可以更快更好地收敛
• 相比于python下的GPU前向推理速度具有2倍或以上的优势, cpu下保持速度一致. (Unet测试于GTX 2070S).

📚 Libtorch教程 📚

如果你想对该开源项目有更多更详细的了解，请前往本人另一个开源项目：Libtorch教程 .

📋 目录

1. 快速开始
2. 例子
3. 训练自己的数据
4. 模型
   1. 架构
   2. 编码器
5. 安装
6. 感谢
7. 引用
8. 证书

⏳ 快速开始

1. 用 Libtorch Segment 创建你的第一个分割网络

分割模型是 LibTorch 的 torch::nn::Module的派生类, 可以很容易生成:

#include "Segmentor.h"
auto model = UNet(1, /*num of classes*/
                  "resnet34", /*encoder name, could be resnet50 or others*/
                  "path to resnet34.pt"/*weight path pretrained on ImageNet, it is produced by torchscript*/
                  );

• 见 表 查看所有支持的模型架构
• 见 表 查看所有的编码器网络和相应的预训练权重

2. 生成自己的预训练权重

所有编码器均具有预训练的权重。加载预训练权重，以相同的方式训练数据，可能会获得更好的结果（更高的指标得分和更快的收敛速度）。还可以在冻结主干的同时仅训练解码器和分割头。

import torch
from torchvision import models

# resnet50 for example
model = models.resnet50(pretrained=True)
model.eval()
var=torch.ones((1,3,224,224))
traced_script_module = torch.jit.trace(model, var)
traced_script_module.save("resnet50.pt")

恭喜你！ 大功告成！ 现在，您可以使用自己喜欢的主干和分割框架来训练模型了。

💡 例子

• 使用来自PASCAL VOC数据集的图像进行人体分割数据训练模型. "voc_person_seg" 目录包含32个json标签及其相应的jpeg图像用于训练，还有8个json标签以及相应的图像用于验证。

Segmentor<FPN> segmentor;
segmentor.Initialize(0/*gpu id, -1 for cpu*/,
                    512/*resize width*/,
                    512/*resize height*/,
                    {"background","person"}/*class name dict, background included*/,
                    "resnet34"/*backbone name*/,
                    "your path to resnet34.pt");
segmentor.Train(0.0003/*initial leaning rate*/,
                300/*training epochs*/,
                4/*batch size*/,
                "your path to voc_person_seg",
                ".jpg"/*image type*/,
                "your path to save segmentor.pt");

• 预测测试。项目中提供了以ResNet34为骨干网络的FPN网络，训练了一些周期得到segmentor.pt文件。 您可以直接测试分割结果:

cv::Mat image = cv::imread("your path to voc_person_seg\\val\\2007_004000.jpg");
Segmentor<FPN> segmentor;
segmentor.Initialize(0,512,512,{"background","person"},
                      "resnet34","your path to resnet34.pt");
segmentor.LoadWeight("segmentor.pt"/*the saved .pt path*/);
segmentor.Predict(image,"person"/*class name for showing*/);

预测结果显示如下:

🧑‍🚀 训练自己的数据

• 创建自己的数据集. 使用"pip install"安装labelme并标注你的图像. 将输出的json文件和图像分成以下文件夹：

Dataset
├── train
│   ├── xxx.json
│   ├── xxx.jpg
│   └......
├── val
│   ├── xxxx.json
│   ├── xxxx.jpg
│   └......

• 训练或测试。就像“ voc_person_seg”的示例一样，用自己的数据集路径替换“ voc_person_seg”。

📦 Models

Architectures

• Unet [paper]
• FPN [paper]
• PAN [paper]
• LinkNet [paper]
• DeepLabV3 [paper]
• DeepLabV3+ [paper]
• PSPNet [paper]

Encoders

• ResNet
• ResNext
• ResNest

以下是该项目中受支持的编码器的列表。除resnest外，所有编码器权重都可以通过torchvision生成。选择适当的编码器，然后单击以展开表格，然后选择特定的编码器及其预训练的权重。

ResNet

Encoder	Weights	Params, M
resnet18	imagenet	11M
resnet34	imagenet	21M
resnet50	imagenet	23M
resnet101	imagenet	42M
resnet152	imagenet	58M

ResNeXt

Encoder	Weights	Params, M
resnext50_32x4d	imagenet	22M
resnext101_32x8d	imagenet	86M

ResNeSt

Encoder	Weights	Params, M
timm-resnest14d	imagenet	8M
timm-resnest26d	imagenet	15M
timm-resnest50d	imagenet	25M
timm-resnest101e	imagenet	46M
timm-resnest200e	imagenet	68M
timm-resnest269e	imagenet	108M
timm-resnest50d_4s2x40d	imagenet	28M
timm-resnest50d_1s4x24d	imagenet	23M

🛠 安装

Windows:

配置libtorch 开发环境. Visual studio 和 Qt Creator已经通过libtorch1.7x release的验证.

Linux && MacOS:

按照官方提供的pytorch c++ 部署. 比Windows要简单许多.

🤝 感谢

这个项目还在施工，以下是目前给予帮助的项目.

• official pytorch
• qubvel SMP
• wkentaro labelme
• nlohmann json

📝 引用

@misc{Chunyu:2021,
  Author = {Chunyu Dong},
  Title = {Libtorch Segment},
  Year = {2021},
  Publisher = {GitHub},
  Journal = {GitHub repository},
  Howpublished = {\url{https://github.com/AllentDan/SegmentationCpp}}
}

🛡️ 证书

该项目以 MIT License开源。