如何优雅且体面的图像分割

图像分割，作为计算机视觉的基础，是图像理解的重要组成部分，也是图像处理的难点之一。

那么，如何优雅且体面的图像分割？

5行代码、分分钟实现的库——PixelLib，了解一下。

当然，如此好用的项目，开源是必须的。

为什么要用到图像分割？

虽然计算机视觉研究工作者，会经常接触图像分割的问题，但是我们还是需要对其做下“赘述”(方便初学者)。

我们都知道每个图像都是有一组像素值组成。简单来说，图像分割就是在像素级上，对图像进行分类的任务。

图像分割中使用的一些“独门秘技”，使它可以处理一些关键的计算机视觉任务。主要分为2类：

语义分割：就是把图像中每个像素赋予一个类别标签，用不同的颜色来表示。

实例分割：它不需要对每个像素进行标记，它只需要找到感兴趣物体的边缘轮廓就行。

它的身影也经常会出现在比较重要的场景中：

无人驾驶汽车视觉系统，可以有效的理解道路场景。

医疗图像分割，可以帮助医生进行诊断测试。

卫星图像分析，等等。

所以，图像分割技术的应用还是非常重要的。

接下来，我们就直奔主题，开始了解一下PixelLib，这个神奇又好用的库。

快速安装PixelLib

PixelLib这个库可以非常简单的实现图像分割——5行代码就可以实现语义分割和实例分割。

老规矩，先介绍一下安装环境。

安装最新版本的TensorFlow、Pillow、OpenCV-Python、scikit-image和PixelLib：

pip3installtensorflow
pip3installpillow
pip3installopencv-python
pip3installscikit-image
pip3installpixellib

PixelLib实现语义分割

PixelLib在执行语义分割任务时，采用的是Deeplabv3+框架，以及在pascalvoc上预训练的Xception模型。

用在pascalvoc上预训练的Xception模型执行语义分割：

importpixellib
frompixellib.semanticimportsemantic_segmentation
segment_image=semantic_segmentation()
segment_image.load_pascalvoc_model(“deeplabv3_xception_tf_dim_ordering_tf_kernels.h5”)
segment_image.segmentAsPascalvoc(“path_to_image”,output_image_name=“path_to_output_image”)

让我们看一下每行代码：

importpixellib
frompixellib.semanticimportsemantic_segmentation

#createdaninstanceofsemanticsegmentationclass
segment_image=semantic_segmentation()

用于执行语义分割的类，是从pixellib导入的，创建了一个类的实例。

segment_image.load_pascalvoc_model(“deeplabv3_xception_tf_dim_ordering_tf_kernels.h5”)

调用函数来加载在pascal voc上训练的xception模型(xception模型可以从文末传送门链接处下载)。

segment_image.segmentAsPascalvoc(“path_to_image”,output_image_name=“path_to_output_image”)

这是对图像进行分割的代码行，这个函数包含了两个参数：

path_to_image：图像被分割的路径。

path_to_output_image：保存输出图像的路径，图像将被保存在你当前的工作目录中。

接下来，上图，实战！

图像文件命名为：sample1.jpg，如下图所示。

执行代码如下：

importpixellib
frompixellib.semanticimportsemantic_segmentation
segment_image=semantic_segmentation()
segment_image.load_pascalvoc_model(“deeplabv3_xception_tf_dim_ordering_tf_kernels.h5”)
segment_image.segmentAsPascalvoc(“sample1.jpg”,output_image_name=“image_new.jpg”)

可以看到，在执行代码后，保存的图像中，所有对象都被分割了。

也可以对代码稍作修改，获取一张带有目标对象分割重叠(segmentation overlay)的图像。

segment_image.segmentAsPascalvoc(“sample1.jpg”,output_image_name=“image_new.jpg”,overlay=True)

添加了一个额外的参数，并设置为True，就生成了带有分隔叠加的图像。

可以通过修改下面的代码，来检查执行分割所需的推理时间。

importpixellib
frompixellib.semanticimportsemantic_segmentation
importtime
segment_image=semantic_segmentation()
segment_image.load_pascalvoc_model(“pascal.h5”)
start=time.time()
segment_image.segmentAsPascalvoc(“sample1.jpg”,output_image_name=“image_new.jpg”)
end=time.time()
print(f”InferenceTime:{end-start:.2f}seconds”)

输出如下：

InferenceTime:8.19seconds

可以看到，在图像上执行语义分割，只用了8.19秒。

这个xception模型是用pascalvoc数据集训练的，有20个常用对象类别。

对象及其相应的color map如下所示：

PixelLib实现实例分割

虽然语义分割的结果看起来还不错，但在图像分割的某些特定任务上，可能就不太理想。

在语义分割中，相同类别的对象被赋予相同的colormap，因此语义分割可能无法提供特别充分的图像信息。

于是，便诞生了实例分割——同一类别的对象被赋予不同的colormap。

PixelLib在执行实例分割时，基于的框架是Mask RCNN，代码如下：

importpixellib
frompixellib.instanceimportinstance_segmentation
segment_image=instance_segmentation()
segment_image.load_model(“mask_rcnn_coco.h5”)
segment_image.segmentImage(“path_to_image”,output_image_name=“output_image_path”)

同样，我们先来拆解一下每行代码。

importpixellib
frompixellib.instanceimportinstance_segmentation
segment_image=instance_segmentation()

导入了用于执行实例分割的类，创建了该类的一个实例。

segment_image.load_model(“mask_rcnn_coco.h5”)

这是加载 Mask RCNN 模型来执行实例分割的代码(Mask RCNN模型可以从文末传送门链接处下载)。

segment_image.segmentImage(“path_to_image”,output_image_name=“output_image_path”)

这是对图像进行实例分割的代码，它需要两个参数：

path_to_image：模型所要预测图像的路径。

output_image_name：保存分割结果的路径，将被保存在当前的工作目录中。

上图，实战第二弹！

图像文件命名为：sample2.jpg，如下图所示。

执行代码如下：

importpixellib
frompixellib.instanceimportinstance_segmentation
segment_image=instance_segmentation()
segment_image.load_model(“mask_rcnn_coco.h5”)
segment_image.segmentImage(“sample2.jpg”,output_image_name=“image_new.jpg”)

上图便是保存到目录的图片，现在可以看到语义分割和实例分割之间的明显区别——在实例分割中，同一类别的所有对象，都被赋予了不同的colormap。

若是想用边界框(bounding box)来实现分割，可以对代码稍作修改：

segment_image.segmentImage(“sample2.jpg”,output_image_name=“image_new.jpg”,show_bboxes=True)

这样，就可以得到一个包含分割蒙版和边界框的保存图像。

同样的，也可以通过代码查询实例分割的推理时间：

importpixellib
frompixellib.instanceimportinstance_segmentation
importtime
segment_image=instance_segmentation()
segment_image.load_model(“mask_rcnn_coco.h5”)
start=time.time()
segment_image.segmentImage(“former.jpg”,output_image_name=“image_new.jpg”)
end=time.time()
print(f”InferenceTime:{end-start:.2f}seconds”)

输出结果如下：

InferenceTime:12.55seconds

可以看到，在图像上执行实例分割，需要12.55秒的时间。

审核编辑：彭静