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基于Python的图像二值分割测评工具箱

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A Python-based image binary segmentation evaluation toolbox.

基于Python的图像二值分割测评工具箱

一些规划

  • 向执行脚本中添加配置信息合理行检测.
  • 更灵活的配置脚本.
    • 使用符合matplotlib要求的的 yaml 文件来控制绘图格式.
    • 是否应该使用更加灵活强大的配置格式, 例如 yaml 或者 toml 来替换配置策略.
  • 添加测试脚本.
  • 添加更详细的注释.
  • 优化导出评估结果的代码.
    • 实现导出 XLSX 文件的代码.
    • 优化导出到 XLSX 文件的代码.
    • 是否应该使用 CSV 这样的文本格式更好些? 既可以当做文本文件打开, 亦可使用Excel来进行整理.
  • 使用 pathlib.Path 替换 os.path.
  • 完善关于分组数据的代码, 即 CoSOD、Video Binary Segmentation 等任务的支持.
  • 支持并发策略加速计算. 目前保留了多线程支持, 剔除了之前的多进程代码.
  • 剥离 USVOS 代码到另一个仓库 PyDavis16EvalToolbox.
  • 基于 github page 服务自动化生成结果汇总网页, 并支持基于某个指标进行排序的支持.
  • 使用更加快速和准确的指标代码 PySODMetrics 作为评估基准.

特性

  • 受益于 PySODMetrics, 从而获得了更加丰富的指标的支持. 更多细节可见 utils/recorders/metric_recorder.py.
    • 支持评估灰度图像, 例如来自显著性目标检测任务的预测.
      • MAE
      • Emeasure
      • Smeasure
      • weighted Fmeasure
      • maximum/average/adaptive Fmeasure
      • maximum/average/adaptive Precision
      • maximum/average/adaptive Recall
      • maximum/average/adaptive IoU
      • maximum/average/adaptive Dice
      • maximum/average/adaptive Specificity
      • maximum/average/adaptive BER
      • Fmeasure-Threshold Curve (执行 eval.py 请指定指标 fmeasure)
      • Emeasure-Threshold Curve (执行 eval.py 请指定指标 em)
      • Precision-Recall Curve (执行 eval.py 请指定指标 precision 和 recall，这一点不同于以前的版本，因为 precision 和 recall 的计算被从 fmeasure 中独立出来了)
    • 支持评估二值图像, 例如常见的二值分割任务.
      • binary Fmeasure
      • binary Precision
      • binary Recall
      • binary IoU
      • binary Dice
      • binary Specificity
      • binary BER
  • 更丰富的功能.
    • 支持根据配置评估模型.
    • 支持根据配置和评估结果绘制 PR 曲线和 F-measure 曲线.
    • 支持导出测试结果到 TXT 文件中.目前由于多线程的使用, 存在提示信息额外写入的问题, 有待优化.
    • 支持导出结果到 XLSX 文件(2021年01月04日重新提供支持).
    • 支持从生成的 .npy 文件导出 LaTeX 表格代码, 同时支持对最优的前三个方法用不同颜色进行标记.
    • 其他更多功能有待发觉:>.

使用方法

安装依赖

先安装相关依赖库: pip install -r requirements.txt .

其中指标评估是基于本人的另一个项目: PySODMetrics, 欢迎捉BUG!

配置数据集与方法预测的路径信息

本项目依赖于json文件存放数据, ./examples 中已经提供了数据集和方法配置的例子: config_dataset_json_example.json 和 config_method_json_example.json , 可以至直接修改他们用于后续步骤.

[注意]

  • 请注意, 由于本项目依赖于 OpenCV 读取图片, 所以请确保路径字符串不包含非 ASCII 字符.
  • 请务必确保数据集配置文件中数据集的名字和方法配置文件中数据集的名字一致. 准备好json文件后, 建议使用提供的 tools/check_path.py 来检查下json文件中的路径信息是否正常.
关于配置的更多细节

例子 1: 数据集配置

注意, 这里的 "image" 是非必要的. 实际评估仅仅读取 "mask".

{
    "LFSD": {
        "image": {
            "path": "Path_Of_RGBDSOD_Datasets/LFSD/Image",
            "prefix": "some_gt_prefix",
            "suffix": ".jpg"
        },
        "mask": {
            "path": "Path_Of_RGBDSOD_Datasets/LFSD/Mask",
            "prefix": "some_gt_prefix",
            "suffix": ".png"
        }
    }
}

例子 2: 方法配置

{
    "Method1": {
        "PASCAL-S": {
            "path": "Path_Of_Method1/PASCAL-S",
            "prefix": "some_method_prefix",
            "suffix": ".png"
        },
        "ECSSD": {
            "path": "Path_Of_Method1/ECSSD",
            "prefix": "some_method_prefix",
            "suffix": ".png"
        },
        "HKU-IS": {
            "path": "Path_Of_Method1/HKU-IS",
            "prefix": "some_method_prefix",
            "suffix": ".png"
        },
        "DUT-OMRON": {
            "path": "Path_Of_Method1/DUT-OMRON",
            "prefix": "some_method_prefix",
            "suffix": ".png"
        },
        "DUTS-TE": {
            "path": "Path_Of_Method1/DUTS-TE",
            "suffix": ".png"
        }
    }
}

这里 path 表示存放图像数据的目录. 而 prefix 和 suffix 表示实际预测图像和真值图像中除去共有部分外的前缀预后缀内容.

评估过程中, 方法预测和数据集真值匹配的方式是基于文件名字的共有部分. 二者的名字模式预设为 [prefix]+[shared-string]+[suffix] . 例如假如有这样的预测图像 method1_00001.jpg , method1_00002.jpg , method1_00003.jpg 和真值图像 gt_00001.png , gt_00002.png , gt_00003.png . 则我们可以配置如下:

例子 3: 数据集配置

{
    "dataset1": {
        "mask": {
            "path": "path/Mask",
            "prefix": "gt_",
            "suffix": ".png"
        }
    }
}

例子 4: 方法配置

{
    "method1": {
        "dataset1": {
            "path": "path/dataset1",
            "prefix": "method1_",
            "suffix": ".jpg"
        }
    }
}

执行评估过程

  • 前述步骤一切正常后, 可以开始评估了. 评估脚本用法可参考命令 python eval.py --help 的输出.
  • 根据自己需求添加配置项并执行即可. 如无异常, 会生成指定文件名的结果文件.
  • 如果不指定所有的文件, 那么就直接输出结果, 具体可见 eval.py 的帮助信息.
  • 如指定--curves-npy, 绘图相关的指标信息将会保存到对应的.npy文件中.
  • [可选] 可以使用 tools/converter.py 直接从生成的npy文件中导出latex表格代码.

为灰度图像的评估绘制曲线

可以使用 plot.py 来读取 .npy 文件按需对指定方法和数据集的结果整理并绘制 PR , F-measure 和 E-measure 曲线. 该脚本用法可见 python plot.py --help 的输出. 按照自己需求添加配置项并执行即可.

最基本的一条是请按照子图数量, 合理地指定配置文件中的 figure.figsize 项的数值.

一个基本的执行流程

这里以我自己本地的configs文件夹中的RGB SOD的配置(需要根据实际情况进行必要的修改)为例.

# 检查配置文件
python tools/check_path.py --method-jsons configs/methods/rgb-sod/rgb_sod_methods.json --dataset-jsons configs/datasets/rgb_sod.json

# 在输出信息中没有不合理的地方后，开始进行评估
# --dataset-json 数据集配置文件 configs/datasets/rgb_sod.json
# --method-json 方法配置文件 configs/methods/rgb-sod/rgb_sod_methods.json
# --metric-npy 输出评估结果数据到 output/rgb_sod/metrics.npy
# --curves-npy 输出曲线数据到 output/rgb_sod/curves.npy
# --record-txt 输出评估结果文本到 output/rgb_sod/results.txt
# --record-xlsx 输出评估结果到excel文档 output/rgb_sod/results.xlsx
# --metric-names 所有结果仅包含给定指标的信息, 涉及到曲线的四个指标分别为 fmeasure em precision recall
# --include-methods 评估过程仅包含 configs/methods/rgb-sod/rgb_sod_methods.json 中的给定方法
# --include-datasets 评估过程仅包含 configs/datasets/rgb_sod.json 中的给定数据集
python eval.py --dataset-json configs/datasets/rgb_sod.json --method-json configs/methods/rgb-sod/rgb_sod_methods.json --metric-npy output/rgb_sod/metrics.npy --curves-npy output/rgb_sod/curves.npy --record-txt output/rgb_sod/results.txt --record-xlsx output/rgb_sod/results.xlsx --metric-names sm wfm mae fmeasure em precision recall --include-methods MINet_R50_2020 GateNet_2020 --include-datasets PASCAL-S ECSSD

# 得到曲线数据文件，即这里的 output/rgb_sod/curves.npy 文件后，就可以开始绘制图像了

# 简单的例子，下面指令执行后，结果保存为 output/rgb_sod/simple_curve_pr.pdf
# --style-cfg 使用图像风格配置文件 examples/single_row_style.yml，这里子图较少，直接使用单行的配置
# --num-rows 图像子图都位于一行
# --curves-npys 将使用曲线数据文件 output/rgb_sod/curves.npy 来绘图
# --mode pr: 绘制是pr曲线；fm: 绘制的是fm曲线
# --save-name 图像保存路径，只需写出名字，代码会加上由前面指定的 --style-cfg 中的 `savefig.format` 项指定的格式后缀名
# --alias-yaml: 使用 yaml 文件指定绘图中使用的方法别名和数据集别名
python plot.py --style-cfg examples/single_row_style.yml --num-rows 1 --curves-npys output/rgb_sod/curves.npy --mode pr --save-name output/rgb_sod/simple_curve_pr --alias-yaml configs/rgb_aliases.yaml

# 复杂的例子，下面指令执行后，结果保存为 output/rgb_sod/complex_curve_pr.pdf
# --style-cfg 使用图像风格配置文件 examples/single_row_style.yml，这里子图较少，直接使用单行的配置
# --num-rows 图像子图都位于一行
# --curves-npys 将使用曲线数据文件 output/rgb_sod/curves.npy 来绘图
# --our-methods 在图中使用红色实线加粗标注指定的方法 MINet_R50_2020
# --num-col-legend 图像子图图示中信息的列数
# --mode pr: 绘制是pr曲线；fm: 绘制的是fm曲线
# --separated-legend 使用独立的图示
# --sharey 使用共享的 y 轴刻度，这将仅在每行的第一个图上显示刻度值
# --save-name 图像保存路径，只需写出名字，代码会加上由前面指定的 --style-cfg 中的 `savefig.format` 项指定的格式后缀名
python plot.py --style-cfg examples/single_row_style.yml --num-rows 1 --curves-npys output/rgb_sod/curves.npy --our-methods MINet_R50_2020 --num-col-legend 1 --mode pr --separated-legend --sharey --save-name output/rgb_sod/complex_curve_pr

绘图示例

Precision-Recall Curve:

PRCurves

F-measure Curve:

fm-curves

E-measure Curve:

em-curves

相关文献

@inproceedings{Fmeasure,
    title={Frequency-tuned salient region detection},
    author={Achanta, Radhakrishna and Hemami, Sheila and Estrada, Francisco and S{\"u}sstrunk, Sabine},
    booktitle=CVPR,
    number={CONF},
    pages={1597--1604},
    year={2009}
}

@inproceedings{MAE,
    title={Saliency filters: Contrast based filtering for salient region detection},
    author={Perazzi, Federico and Kr{\"a}henb{\"u}hl, Philipp and Pritch, Yael and Hornung, Alexander},
    booktitle=CVPR,
    pages={733--740},
    year={2012}
}

@inproceedings{Smeasure,
    title={Structure-measure: A new way to eval foreground maps},
    author={Fan, Deng-Ping and Cheng, Ming-Ming and Liu, Yun and Li, Tao and Borji, Ali},
    booktitle=ICCV,
    pages={4548--4557},
    year={2017}
}

@inproceedings{Emeasure,
    title="Enhanced-alignment Measure for Binary Foreground Map Evaluation",
    author="Deng-Ping {Fan} and Cheng {Gong} and Yang {Cao} and Bo {Ren} and Ming-Ming {Cheng} and Ali {Borji}",
    booktitle=IJCAI,
    pages="698--704",
    year={2018}
}

@inproceedings{wFmeasure,
  title={How to eval foreground maps?},
  author={Margolin, Ran and Zelnik-Manor, Lihi and Tal, Ayellet},
  booktitle=CVPR,
  pages={248--255},
  year={2014}
}

小提示

  • 一些方法提供的结果名字预原始数据集真值的名字不一致
    • [注意] (2021-11-18) 当前同时提供了对名称前缀与后缀的支持, 所以基本不用用户自己改名字了.
    • [可选] 可以使用提供的脚本 tools/rename.py 来批量修改文件名.请小心使用, 以避免数据被覆盖.
    • [可选] 其他的工具: 例如 Linux 上的 rename, Windows 上的 Microsoft PowerToys

编程参考

更新日志

  • 2023年3月23日
    1. 修复绘图代码中的一些问题。
    2. 完善对于 E-measure 绘图的支持。
    3. 补充一些绘图的展示，这里以我自己的 RGB-D SOD 论文 CAVER (TIP 2023) 的论文结果为例。
  • 2023年3月20日
    1. 提供更丰富的指标的支持。
    2. 更新readme.md和示例文件。
    3. 提供更灵活的接口。
    4. 更新指标库版本。
  • 2022年5月15日
    • 代码优化
  • 2022年4月23日
    • 为了便于使用和配置，对大量代码进行了调整和修改，与之前版本相比，使用上也存在部分差异。
    • 评估部分：
      • 支持多个方法的json文件同时使用评估。
      • 更新了指标统计类，便于更灵活的指定不同的指标。
      • 对一些医学二值分割的指标提供了支持。
    • 绘图部分：
      • 支持多个曲线npy文件同时用于绘图。
      • 将个性化配置尽可能独立出来，提供了独立的绘图配置文件。
      • 重构了绘图类，便于使用yaml文件对matplotlib的默认设定进行覆盖。
  • 2021年11月18日
    1. 改正拼写错误，调整命名。
    2. 支持预测结果中使用名称前缀 (例子可见examples文件夹中的config_method_json_example.json)，现在搭配后缀，基本上可以应对所有可能的情形了。但是需要说明的是，目前不支持使用文件提供的映射关系，请确保预测名字中包含真值（不包含扩展名）名字。
    3. 优化了绘图中的axis的设置，由于这些设置属于非常细粒度的设定，目前暂不支持使用终端选项配置，之后可能会使用特定的配置文件，例如json等来配置相关选项。
    4. 支持绘图中使用共享的纵轴，即sharey，这可以用来辅助绘制独立的示例图。具体使用可见examples中的plot_results.py文件。
    5. 优化了下 include_ 与 exclude_ 类选项的相关函数.
    6. 添加了数据集和方法配置的json的例子。并且针对examples中提供的配置文件统一命名为config_.
    7. 绘图支持对数据名和方法名使用别名。之前都是直接从各自的 json 配置文件中读取键来作为绘图中显示的名字，这对于名字有特殊标记（例如名字中想补充年份或者会议名字）时的使用不太方便和灵活。所以当前支持了使用额外的 json 配置文件来配置映射关系。例子可见 examples 中的 alias_for_plotting.json 。
    8. 由于核心文件eval_all.py和plot_results.py的配置和调用方式发生了变化，所以为了便于大家的使用和修改，我提供了两个简单调用的sh文件，里面提供了这怒地各个选项的基本配置案例。linux用户可以直接使用bash <sh_name>.sh来执行，而windows用户麻烦些，还是自己参考着其中的配置项在终端自行配置吧！有问题欢迎提问，当然，如果大家可以提供windows直接调用的bat文件倒也欢迎PR哦！
  • 2021年08月28日
    • 扩展tools/converter.py，使其支持横竖两种格式的表格, 并补充对应的文档.
  • 2021年08月25日
    • 添加从生成的npy自定义导出为latex表格代码的脚本(tools/converter.py), 并提供了配置文件示例(examples/converter_config.py).
  • 2021年08月24日
    • 添加多进程多线程支持, 仅支持sod、cod的代码(metrics/cal_sod_matrics.py), cosod的代码由于使用频率较小, 没有改写, 欢迎PR.
    • 修改对应的示例程序(examples/eval_all.py),
    • 其他的一些小修改.
  • 2021年08月17日
    • 调整readme文档的部分内容.
    • 更新check_patch工具为命令行输入参数, 不再使用文件内编码. 并在tools文件夹中的readme.md文件中补充文档.
    • 在draw_curves中添加对于输入的约束和检查.
    • 使用pigar生成requirements.txt文件.
  • 2021年06月17日
    • 修正readme.md中的关于配置文件例子的表述
    • 删除代码中python3.8+的特有语法:=
  • 2021年06月03日
    • 调整tools中的文件, 并修改readme.md.
    • 在examples中补充了数据集配置和方法配置的python文件示例.
  • 2021年05月20日
    • 添加examples文件夹, 存放一些基本的示例. 实际上到目前为止, 没必要独立出来评估单独方法的文件, 使用提供的eval_all.py中的include_methods指定特定方法即可实现目的.
    • 添加了一些工具函数, 例如用于批量重命名文件的rename.py, 以及用于检查json文件中路径的合法性的check_path.py(建议每次修改完json后, 用该工具检查下).
  • 2021年04月12日
    • 移除USVOS代码到独立的仓库.
    • 移动测试结果到<./results>中, 日后会继续添加更多的模型的结果.
  • 2021年03月21日
    • 正式删除需要个人定制的评估文件, 这部分直接会放到本仓库的Readme中的Examples中, 仅供参考.（已删除, 请看最新的方式）
    • 将格式化输出功能调整, 直接使用包tabulate处理, 更加方便, 输出的格式配置更丰富, 详见https://github.com/astanin/python-tabulate
    • 调整原来cal_sod_matrics的skipped_datasets为:
      • get_datasets_info的exclude_datasets/include_datasets;
      • get_methods_info的exclude_methods/include_methods.
  • 2021年03月14日
    • 这一版本将数据集和方法的配置方法转换为基于json文件的配置.
    • 一些配套的更改与简化.
  • 2021年03月12日
    • 这一版本正式将sod的评估、绘图代码与配置分离, 主要考虑如下
      • 用户的配置是需要调整的, 这部分不适宜被git严格的监视, 也便于提交后续更新的时候, 直接忽略关于配置的更改, 即后续更新时, 用户配置部分会不再更新, 若是添加新功能, 直接调整原始的函数, 其参数默认关闭新功能, 保证用户不会受到影响.
      • sod和cosod评估方式有差异, 但是绘图方式一致, 所以现将评估绘图拆分成独立部分, 置于metrics/sod文件夹下, 之后或许或调整位置, 但这种拆分策略不变.
    • 优化了cosod的评估代码, 对sod和cosod的指标recorder部分进行了简化.
    • 不再使用独立的sod_metrics代码, 由于我已经将PySODMetrics发布到了PyPI上, 所以可以直接通过pip安装.
    • 使用添加了对于print的一个彩色增强的封装, 可见./utils/misc.py中的colored_print.
    • git不再跟踪方法配置文件和数据集配置文件, 这部分现有的作为示例, 仅供使用者独立补充和参考.
    • 修复了之前绘制Fm曲线时x的问题, 之前取反了. 详见lartpang/PySODEvalToolkit#2. sues/2>.

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