前言

今天我們一起來看一下如何使用LabVIEW實現語義分割。

一、什么是語義分割

**圖像語義分割（semantic segmentation），從字面意思上理解就是讓計算機根據圖像的語義來進行分割，例如讓計算機在輸入下面左圖的情況下，能夠輸出右圖。語義在語音識別中指的是語音的意思，在圖像領域，語義指的是圖像的內容，對圖片意思的理解，比如下圖的語義就是一個人牽著四只羊；分割的意思是從像素的角度分割出圖片中的不同對象，對原圖中的每個像素都進行標注，比如下圖中淺黃色代表人，藍綠色代表羊。語義分割任務就是將圖片中的不同類別，用不同的顏色標記出來，每一個類別使用一種顏色。常用于醫學圖像，衛星圖像，無人車駕駛，機器人等領域。 **

• 如何做到將像素點上色呢？

**語義分割的輸出和圖像分類網絡類似，圖像分類類別數是一個一維的one hot 矩陣。例如：三分類的[0,1,0]。語義分割任務最后的輸出特征圖是一個三維結構，大小與原圖類似，其中通道數是類別數，每個通道所標記的像素點，是該類別在圖像中的位置，最后通過argmax 取每個通道有用像素 合成一張圖像，用不同顏色表示其類別位置。 語義分割任務其實也是分類任務中的一種，他不過是對每一個像素點進行細分，找到每一個像素點所述的類別。 這就是語義分割任務啦~ **

二、什么是deeplabv3

**DeepLabv3是一種語義分割架構，它在DeepLabv2的基礎上進行了一些修改。為了處理在多個尺度上分割對象的問題，設計了在級聯或并行中采用多孔卷積的模塊，通過采用多個多孔速率來捕獲多尺度上下文。此外，來自 DeepLabv2 的 Atrous Spatial Pyramid Pooling模塊增加了編碼全局上下文的圖像級特征，并進一步提高了性能。 **

三、LabVIEW調用DeepLabv3實現圖像語義分割

1、模型獲取及轉換

• 安裝pytorch和torchvision
• 獲取torchvision中的模型：deeplabv3_resnet101(我們獲取預訓練好的模型)：

original_model = models.segmentation.deeplabv3_resnet101(pretrained=True)

• 轉onnx

def get_pytorch_onnx_model(original_model):
    # define the directory for further converted model save
    onnx_model_path = dirname
    # define the name of further converted model
    onnx_model_name = "deeplabv3_resnet101.onnx"
?
    # create directory for further converted model
    os.makedirs(onnx_model_path, exist_ok=True)
?
    # get full path to the converted model
    full_model_path = os.path.join(onnx_model_path, onnx_model_name)
?
    # generate model input
    generated_input = Variable(
        torch.randn(1, 3, 448, 448)
    )
?
    # model export into ONNX format
    torch.onnx.export(
        original_model,
        generated_input,
        full_model_path,
        verbose=True,
        input_names=["input"],
        output_names=["output",'aux'],
        opset_version=11
    )
?
    return full_model_path

完整獲取及模型轉換python代碼如下：

import os
import torch
import torch.onnx
from torch.autograd import Variable
from torchvision import models
import re
?
dirname, filename = os.path.split(os.path.abspath(__file__))
print(dirname)
?
def get_pytorch_onnx_model(original_model):
    # define the directory for further converted model save
    onnx_model_path = dirname
    # define the name of further converted model
    onnx_model_name = "deeplabv3_resnet101.onnx"
?
    # create directory for further converted model
    os.makedirs(onnx_model_path, exist_ok=True)
?
    # get full path to the converted model
    full_model_path = os.path.join(onnx_model_path, onnx_model_name)
?
    # generate model input
    generated_input = Variable(
        torch.randn(1, 3, 448, 448)
    )
?
    # model export into ONNX format
    torch.onnx.export(
        original_model,
        generated_input,
        full_model_path,
        verbose=True,
        input_names=["input"],
        output_names=["output",'aux'],
        opset_version=11
    )
?
    return full_model_path
?
?
def main():
    # initialize PyTorch ResNet-101 model
    original_model = models.segmentation.deeplabv3_resnet101(pretrained=True)
?
    # get the path to the converted into ONNX PyTorch model
    full_model_path = get_pytorch_onnx_model(original_model)
    print("PyTorch ResNet-101 model was successfully converted: ", full_model_path)
?
?
if __name__ == "__main__":
    main()
?

我們會發現，基于pytorch的DeepLabv3模型獲取和之前的mask rcnn模型大同小異。

2、關于deeplabv3_resnet101

我們使用的模型是：deeplabv3_resnet101，該模型返回兩個張量，與輸入張量相同，但有21個classes。輸出[“out”]包含語義掩碼，而輸出[“aux”]包含每像素的輔助損失值。在推理模式中，輸出[‘aux]沒有用處。因此，輸出“out”形狀為（N、21、H、W）。我們在轉模型的時候設置H，W為448，N一般為1；

我們的模型是基于VOC2012數據集

VOC2012數據集分為20類，包括背景為21類，分別如下：

• 人 ：人
• 動物：鳥、貓、牛、狗、馬、羊
• 車輛：飛機、自行車、船、巴士、汽車、摩托車、火車
• 室內：瓶、椅子、餐桌、盆栽植物、沙發、電視/監視器

3、LabVIEW opencv dnn調用 deeplabv3 實現圖像語義分割（deeplabv3_opencv.vi）

deeplabv3模型可以使用OpenCV dnn去加載的，也可以使用onnxruntime加載推理，所以我們分兩種方式給大家介紹LabVIEW調用deeplabv3實現圖像語義分割。

• opencv dnn 調用onnx模型并選擇

  

• **圖像預處理 **

  最終還是采用了比較中規中矩的處理方式

• **執行推理 **

• 后處理并實現實例分割

  因為后處理內容較多，所以直接封裝為了一個子VI， deeplabv3_postprocess.vi，因為Labview沒有專門的切片函數，所以會稍慢一些，所以接下來還會開發針對后處理和矩陣有關的函數，加快處理結果。

• 整體的程序框架如下：

  

• 語義分割結果如下:

  

4、LabVIEW onnxruntime調用 deeplabv3實現圖像語義分割 （deeplabv3_onnx.vi）

• 整體的程序框架如下：

  

• 語義分割結果如下:

  

5、LabVIEW onnxruntime調用 deeplabv3 使用TensorRT加速模型實現圖像語義分割（deeplabv3_onnx_camera.vi）

如上圖所示，可以看到可以把人和背景完全分割開來，使用TensorRT加速推理，速度也比較快。

大家可關注微信公眾號: VIRobotics ，回復關鍵字：DeepLabv3圖像語義分割源碼 獲取本次分享內容的完整項目源碼及模型。

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四、deeplabv3訓練自己的數據集

訓練可參考： https://github.com/pytorch/vision

總結

以上就是今天要給大家分享的內容。

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審核編輯 黃宇