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一、图像分割的概念
图像分割（image segmentation）技术是计算机视觉领域的重要研究方向，是图像识别、图像语义理解的重要一环。图像分割是指将图像分成若干具有相似性质的区域的过程，从数学角度来看，图像分割是将图像划分成互不相交的区域的过程。如下图所示，图像中的每个像素被分到不同的类别。与目标检测算法相比较，图像分割算法更适合精细的图像识别任务，更适合目标的精确定位、复杂形状物体的识别、图像的语义理解任务。
图像分割可以进一步地分为语义分割与实例分割，语义分割是指需要进一步判断图像中哪些像素属于哪类目标，但是语义分割不区分属于相同类别的不同实例，与此不同的是，实例分割可以区分出属于不同实例的那些像素
二、图像分割评价标准
对分割结果的评价其实就是对像素级分类的评价，基于像素点分类的MaxF1评价分割效果是比较常用的一种方式，F-Measure是一种统计量，F-Measure又称为F-Score，是准确率Precision和召回率Recall的加权调和平均，是信息检索领域常用的一个评价标准，常用于评价分类模型的好坏，在F-Measure函数中，当参数B=1时就是常见的F1，它综合了Precision和Recall的结果，当F1较高时则能说明试验方法比较有效，对于输出的置信度图，通过设置不同的像素级分类阈值可以选择出最大的F-Measure
下图为三种分割算法在VOC2012测试机上性能表示，其中DeepLab的分割准确率最高，FCN的分割速度最高，SegNet则在分割的准确率和速度中都是最低
三、图像分割项目实战
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数据集简介
Cityscapes数据库拥有5000张在城市环境中驾驶场景的图像（2975train，500 val,1525test），如下图所示。可以利用下面的代码测试分割的图像中车辆、行人、自行车及街景。
代码如下
FCN32的模型构建代码如下
from keras.applications import vgg16 from keras.models import Model,Sequential from keras.layers import Conv2D, Conv2DTranspose, Input, Cropping2D, add, Dropout, Reshape, Activation from keras.utils import plot_model def FCN32(nClasses, input_height, input_width): assert input_height % 32 == 0 assert input_width % 32 == 0 img_input = Input(shape=( input_height, input_width,3)) model = vgg16.VGG16( include_top=False, weights='imagenet',input_tensor=img_input, pooling=None, classes=1000) assert isinstance(model,Model) o=Conv2D(filters=4096,kernel_size=(7,7),padding="same",activation="relu",name="fc6")(model.output) o=Dropout(rate=0.5)(o) o = Conv2D(filters=4096, kernel_size=(1, 1), padding="same", activation="relu", name="fc7")(o) o=Dropout(rate=0.5)(o) o = Conv2D(filters=nClasses, kernel_size=(1,1), padding="same",activation="relu",kernel_initializer="he_normal", name="score_fr")(o) o=Conv2DTranspose(filters=nClasses,kernel_size=(32,32),strides=(32,32),padding="valid",activation=None, name="score2")(o) o=Reshape((-1,nClasses))(o) o=Activation("softmax")(o) fcn8=Model(inputs=img_input,outputs=o) # mymodel.summary() return fcn8 if __name__ == '__main__': m = FCN32(15,320, 320) m.summary() plot_model(m, show_shapes=True, to_file='model_fcn32.png') print(len(m.layers))
模型图如下
FCN8模型构建代码如下
from keras.applications import vgg16 from keras.models import Model,Sequential from keras.layers import Conv2D, Conv2DTranspose, Input, Cropping2D, add, Dropout, Reshape, Activation def FCN8_helper(nClasses, input_height, input_width): assert input_height % 32 == 0 assert input_width % 32 == 0 img_input = Input(shape=(input_height, input_width, 3)) model = vgg16.VGG16( include_top=False, weights='imagenet',input_tensor=img_input, pooling=None, classes=1000) assert isinstance(model,Model) o = Conv2D(filters=4096, kernel_size=(7, 7), padding="same", activation="relu", name="fc6")(model.output) o = Dropout(rate=0.5)(o) o = Conv2D(filters=4096, kernel_size=(1, 1), padding="same", activation="relu", name="fc7")(o) o = Dropout(rate=0.5)(o) o = Conv2D(filters=nClasses, kernel_size=(1, 1), padding="same", activation="relu", kernel_initializer="he_normal", name="score_fr")(o) o = Conv2DTranspose(filters=nClasses, kernel_size=(2, 2), strides=(2, 2), padding="valid", activation=None, name="score2")(o) fcn8 = Model(inputs=img_input, outputs=o) # mymodel.summary() return fcn8 def FCN8(nClasses, input_height, input_width): fcn8=FCN8_helper(nClasses, input_height, input_width) # Conv to be applied on Pool4 skip_con1 = Conv2D(nClasses, kernel_size=(1, 1), padding="same", activation=None,kernel_initializer="he_normal", name="score_pool4")( fcn8.get_layer("block4_pool").output) Summed = add(inputs=[skip_con1, fcn8.output]) x = Conv2DTranspose(nClasses, kernel_size=(2, 2), strides=(2, 2), padding="valid", activation=None, name="score4")(Summed) ### skip_con2 = Conv2D(nClasses, kernel_size=(1, 1), padding="same", activation=None,kernel_initializer="he_normal", name="score_pool3")( fcn8.get_layer("block3_pool").output) Summed2 = add(inputs=[skip_con2, x]) ##### Up = Conv2DTranspose(nClasses, kernel_size=(8, 8), strides=(8, 8), padding="valid", activation=None, name="upsample")(Summed2) Up = Reshape((-1, nClasses))(Up) Up = Activation("softmax")(Up) mymodel=Model(inputs=fcn8.input,outputs=Up) return mymodel if __name__ == '__main__': m = FCN8(15,320, 320) from keras.utils import plot_model plot_model(m, show_shapes=True, to_file='model_fcn8.png') print(len(m.layers))
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