swjtulinxi / ChangeDetection

A framework for change detection using PyTorch

Change Detection

一个用 PyTorch 编写的，专门针对变化检测 (Change Detection) 任务的模型框架。

English

• Change Detection
  • 写在前面
    • 为什么写这个项目？
    • 特性
  • 开始使用
    • 0. 数据集
    • 1. 配置文件
    • 2. 训练
    • 3. 测试
  • 使用你自己的模型/数据集/损失函数
    • 模型
    • 数据集
    • 损失函数
  • 结果
    • 结果可视化（部分）
      • Siamese_unet_conc + Szada
  • TODO
  • 参考

写在前面

为什么写这个项目？

变化检测（Change Detection，CD）任务与其他任务，如语义分割，目标检测等相比，有其特有的特性（坑），如数据集少（少到可怜那种，尤其是异源，我**），公开的模型也很少，输入常常是成对的（导致一些在 PyTorch 中常用的函数，如Random系列等需要做出一些改变），给初学者带来了很大的困扰（对，没错就是我），所以我将毕设期间写的一些代码，仿照 maskrcnn-benchmark 整理一下发布出来。

特性

• 边训练边测试（可选）

  由于数据集数量较少，以及 CD 只是一个 “二分类” 问题，所以模型一般较为简单，因此边训练边测试可以更为方便的选到最优解（不增加显存）。

• “模块式” 搭建模型，方便扩展

  将整个过程从前期数据处理到后期测试拆分为独立的几个部分，方便之后搭建自己的模型、采用新型的优化器方法或者学习率策略以及增加新的数据集。

• 数据增强

  将数据增强放在了 “dataloader” 部分，在传统 transform 的基础上实现了对 N 个图片同时操作，保证了 Random 系列图片的一致性，默认的数据增强方式:

  • 以概率 $p_1$ 随机水平翻转
  • 以概率 $p_2$ 随机垂直翻转
  • 以概率 $p_3$ 随机旋转任意角度

开始使用

下表是实现的可以直接用的一些模块（持续更新）

model	dataset	lr scheduler	loss	optimizer
1. siamese_unet_conc 2. siamese_unet_diff	1. Szada	1. WarmupMultiStepLR 2. WarmupCosineLR	1. BCEWithLogitsLoss+pos_weight	1. SGD

0. 数据集

将对应数据集下载并解压到 data/目录下

• Szada

  取 7 对大小为 952*640 的图像的左上角大小为 784*448 的图片作为测试集，其余部分按照步进为 56 的滑动窗口划分为大小 112*112 的图片，并以此作为训练集

1. 配置文件

按照 configs/homo/szada_siamese_unet_conc.yaml 的格式设置自己的配置文件，具体参数说明可以参考 configs 。

2. 训练

-cfg 指向你的配置文件

python train_net.py -cfg configs/homo/szada_siamese_unet_conc.yaml

（可选）打开 tensorboard 查看训练进度，取得满意的结果后可以停止训练

tensorboard --logdir=logs/tensorboard

页面截图 (点击展开)

3. 测试

-cfg 指向你的配置文件

python eval_net.py -cfg configs/homo/szada_siamese_unet_conc.yaml

使用你自己的模型/数据集/损失函数

模型

1. 将你的写好的模型文件 MYMODEL.py放在 model/下面（layers下面是一些封装好可以调用的层）
2. 在 build/model.py 里调用你的模型 from model.MYMODEL import MODEL
3. 在 build/model.py 中字典 model_map 添加你的模型和对应的 KEY
4. 修改你的配置文件中，BUILD.MODEL.CHOICE:KEY和其他选项

数据集

data/normal.py 是针对一般数据集写好的 dataloader 文件，里面默认使用上面提到的数据增强对数据进行增强，要想取消数据增强（一些已经增强过的训练集），可以给 Normal 的参数 data_trans 传递普通的数据处理（如 Normal._test_trans()所示）。

1. 将你的写好的加载数据的脚本 DATALOADER.py放在 data/下面
2. 在 build/dataloader.py 里调用你的模型 from data.DATALOADER import DATALOADER
3. 在 build/dataloader.py 中字典 datasets_map 添加你的脚本和对应的 KEY
4. 修改你的配置文件，BUILD.DATALOADER.CHOICE:KEY

损失函数

同上，放在一个文件夹中，然后引入，然后建立对应关系，最后修改配置文件。

结果

Dataset	Method	PCC	Re	F1	Kappa	checkpoint
Szada	Siamese_unet_conc	96.0	50.9	54.8	52.7	OneDrive
Szada	Siamese_unet_diff	95.8	67.0	55.4	53.2	OneDrive

（取 F1 最高值的 checkpoint 作为结果，单位：%）

测试结果可以在 logs/eval.csv（在配置文件中配置） 中查看

结果可视化（部分）

说是部分，当然是选取最好的结果放上来啦~

Siamese_unet_conc + Szada

点击展开

(第一个为输出结果，第二个为Ground-Truth)

TODO

• 以同样的概率 p 对特征图进行 dropout
• 网络中间层可视化
• 可视化输出结果
• 完成任务后邮件通知
• 增加预处理代码 (python and C艹)

参考

1. maskrcnn-benchmark

欢迎 Star, issue, PR （请PR提交到“developing”分支~）