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          kaggle圖像分割實戰(zhàn)要點和技巧總結

          共 6014字,需瀏覽 13分鐘

           ·

          2021-12-14 21:04

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          重磅干貨,第一時間送達

          作者參加了39個Kaggle比賽,總結了非常多的技巧和經(jīng)驗,現(xiàn)在全部分享給大家。


          想象一下,如果你能得到所有的tips和tricks,你需要去參加一個Kaggle比賽。我已經(jīng)超過39個Kaggle比賽,包括:

          • Data Science Bowl 2017 – $1,000,000
          • Intel & MobileODT Cervical Cancer Screening – $100,000
          • 2018 Data Science Bowl – $100,000
          • Airbus Ship Detection Challenge – $60,000
          • Planet: Understanding the Amazon from Space – $60,000
          • APTOS 2019 Blindness Detection – $50,000
          • Human Protein Atlas Image Classification – $37,000
          • SIIM-ACR Pneumothorax Segmentation – $30,000
          • Inclusive Images Challenge – $25,000

          現(xiàn)在把這些知識都挖出來給你們!


          外部數(shù)據(jù)

          ??

          • 使用 LUng Node Analysis Grand Challenge 數(shù)據(jù),因為這個數(shù)據(jù)集包含了來自放射學的標注細節(jié)。
          • 使用 LIDC-IDRI 數(shù)據(jù),因為它具有找到了腫瘤的所有放射學的描述。
          • 使用Flickr CC,維基百科通用數(shù)據(jù)集
          • 使用Human Protein Atlas Dataset
          • 使用IDRiD數(shù)據(jù)集

          數(shù)據(jù)探索和直覺


          • 使用0.5的閾值對3D分割進行聚類
          • 確認在訓練集和測試集的標簽分布上有沒有不一樣的地方


          預處理


          • 使用DoG(Difference of Gaussian)方法進行blob檢測,使用skimage中的方法。
          • 使用基于patch的輸入進行訓練,為了減少訓練時間。
          • 使用cudf加載數(shù)據(jù),不要用Pandas,因為讀數(shù)據(jù)更快。
          • 確保所有的圖像具有相同的方向。
          • 在進行直方圖均衡化的時候,使用對比度限制。
          • 使用OpenCV進行通用的圖像預處理。
          • 使用自動化主動學習,添加手工標注。
          • 將所有的圖像縮放成相同的分辨率,可以使用相同的模型來掃描不同的厚度。
          • 將掃描圖像歸一化為3D的numpy數(shù)組。
          • 對單張圖像使用暗通道先驗方法進行圖像去霧。
          • 將所有圖像轉化成Hounsfield單位(放射學中的概念)。
          • 使用RGBY的匹配系數(shù)來找到冗余的圖像。
          • 開發(fā)一個采樣器,讓標簽更加的均衡。
          • 對測試圖像打偽標簽來提升分數(shù)。
          • 將圖像/Mask降采樣到320x480。
          • 直方圖均衡化(CLAHE)的時候使用kernel size為32×32
          • 將DCM轉化為PNG。
          • 當有冗余圖像的時候,為每個圖像計算md5 hash值。


          數(shù)據(jù)增強


          • 使用 albumentations 進行數(shù)據(jù)增強。
          • 使用隨機90度旋轉。
          • 使用水平翻轉,上下翻轉。
          • 可以嘗試較大的幾何變換:彈性變換,仿射變換,樣條仿射變換,枕形畸變。
          • 使用隨機HSV。
          • 使用loss-less增強來進行泛化,防止有用的圖像信息出現(xiàn)大的loss。
          • 應用channel shuffling
          • 基于類別的頻率進行數(shù)據(jù)增強。
          • 使用高斯噪聲。
          • 對3D圖像使用lossless重排來進行數(shù)據(jù)增強。
          • 0到45度隨機旋轉。
          • 從0.8到1.2隨機縮放。
          • 亮度變換。
          • 隨機變化hue和飽和度。
          • 使用D4:https://en.wikipedia.org/wiki/Dihedral_group增強。
          • 在進行直方圖均衡化的時候使用對比度限制。
          • 使用AutoAugment:https://arxiv.org/pdf/1805.09501.pdf增強策略。


          模型

          結構

          • 使用U-net作為基礎結構,并調整以適應3D的輸入。
          • 使用自動化主動學習并添加人工標注。
          • 使用inception-ResNet v2 architecture結構使用不同的感受野訓練特征。
          • 使用Siamese networks進行對抗訓練。
          • 使用ResNet50, Xception, Inception ResNet v2 x 5,最后一層用全連接。
          • 使用global max-pooling layer,無論什么輸入尺寸,返回固定長度的輸出。
          • 使用stacked dilated convolutions。
          • VoxelNet。
          • 在LinkNet的跳躍連接中將相加替換為拼接和conv1x1。
          • Generalized mean pooling。
          • 使用224x224x3的輸入,用Keras NASNetLarge從頭訓練模型。
          • 使用3D卷積網(wǎng)絡。
          • 使用ResNet152作為預訓練的特征提取器。
          • 將ResNet的最后的全連接層替換為3個使用dropout的全連接層。
          • 在decoder中使用轉置卷積。
          • 使用VGG作為基礎結構。
          • 使用C3D網(wǎng)絡,使用adjusted receptive fields,在網(wǎng)絡的最后使用64 unit bottleneck layer 。
          • 使用帶預訓練權重的UNet類型的結構在8bit RGB輸入圖像上提升收斂性和二元分割的性能。
          • 使用LinkNet,因為又快又省內(nèi)存。
          • MASKRCNN
          • BN-Inception
          • Fast Point R-CNN
          • Seresnext
          • UNet and Deeplabv3
          • Faster RCNN
          • SENet154
          • ResNet152
          • NASNet-A-Large
          • EfficientNetB4
          • ResNet101
          • GAPNet
          • PNASNet-5-Large
          • Densenet121
          • AC-GAN
          • XceptionNet (96), XceptionNet (299), Inception v3 (139), InceptionResNet v2 (299), DenseNet121 (224)
          • AlbuNet (resnet34) from ternausnets
          • SpaceNet
          • Resnet50 from selim_sef SpaceNet 4
          • SCSEUnet (seresnext50) from selim_sef SpaceNet 4
          • A custom Unet and Linknet architecture
          • FPNetResNet50 (5 folds)
          • FPNetResNet101 (5 folds)
          • FPNetResNet101 (7 folds with different seeds)
          • PANetDilatedResNet34 (4 folds)
          • PANetResNet50 (4 folds)
          • EMANetResNet101 (2 folds)
          • RetinaNet
          • Deformable R-FCN
          • Deformable Relation Networks


          硬件設置


          • Use of the AWS GPU instance p2.xlarge with a NVIDIA K80 GPU
          • Pascal Titan-X GPU
          • Use of 8 TITAN X GPUs
          • 6 GPUs: 21080Ti + 41080
          • Server with 8×NVIDIA Tesla P40, 256 GB RAM and 28 CPU cores
          • Intel Core i7 5930k, 2×1080, 64 GB of RAM, 2x512GB SSD, 3TB HDD
          • GCP 1x P100, 8x CPU, 15 GB RAM, SSD or 2x P100, 16x CPU, 30 GB RAM
          • NVIDIA Tesla P100 GPU with 16GB of RAM
          • Intel Core i7 5930k, 2×1080, 64 GB of RAM, 2x512GB SSD, 3TB HDD
          • 980Ti GPU, 2600k CPU, and 14GB RAM


          損失函數(shù)


          • Dice Coefficient ,因為在不均衡數(shù)據(jù)上工作很好。
          • Weighted boundary loss 目的是減少預測的分割和ground truth之間的距離。
          • MultiLabelSoftMarginLoss 使用one-versus-all損失優(yōu)化多標簽。
          • Balanced cross entropy (BCE) with logit loss 通過系數(shù)來分配正負樣本的權重。
          • Lovasz 基于sub-modular損失的convex Lovasz擴展來直接優(yōu)化平均IoU損失。
          • FocalLoss + Lovasz 將Focal loss和Lovasz losses相加得到。
          • Arc margin loss 通過添加margin來最大化人臉類別的可分性。
          • Npairs loss 計算y_true 和 y_pred之間的npairs損失。
          • 將BCE和Dice loss組合起來。
          • LSEP – 一種成對的排序損失,處處平滑因此容易優(yōu)化。
          • Center loss 同時學習每個類別的特征中心,并對距離特征中心距離太遠的樣本進行懲罰。
          • Ring Loss 對標準的損失函數(shù)進行了增強,如Softmax。
          • Hard triplet loss 訓練網(wǎng)絡進行特征嵌入,最大化不同類別之間的特征的距離。
          • 1 + BCE – Dice 包含了BCE和DICE損失再加1。
          • Binary cross-entropy – ?log(dice) 二元交叉熵減去dice loss的log。
          • BCE, dice和focal 損失的組合。
          • BCE + DICE - Dice損失通過計算平滑的dice系數(shù)得到。
          • Focal loss with Gamma 2 標準交叉熵損失的升級。
          • BCE + DICE + Focal – 3種損失相加。
          • Active Contour Loss 加入了面積和尺寸信息,并集成到深度學習模型中。
          • 1024 * BCE(results, masks) + BCE(cls, cls_target)
          • Focal + kappa – Kappa是一種用于多類別分類的損失,這里和Focal loss相加。
          • ArcFaceLoss?—? 用于人臉識別的Additive Angular Margin Loss。
          • soft Dice trained on positives only – 使用預測概率的Soft Dice。
          • 2.7 * BCE(pred_mask, gt_mask) + 0.9 * DICE(pred_mask, gt_mask) + 0.1 * BCE(pred_empty, gt_empty) 一種自定義損失。
          • nn.SmoothL1Loss()
          • 使用Mean Squared Error objective function,在某些場景下比二元交叉熵損失好。


          訓練技巧


          • 嘗試不同的學習率。
          • 嘗試不同的batch size。
          • 使用SGD + 動量 并手工設計學習率策略。
          • 太多的增強會降低準確率。
          • 在圖像上進行裁剪做訓練,全尺寸圖像做預測。
          • 使用Keras的ReduceLROnPlateau()作為學習率策略。
          • 不使用數(shù)據(jù)增強訓練到平臺期,然后對一些epochs使用軟硬增強。
          • 凍結除了最后一層外的所有層,使用1000張圖像進行微調,作為第一步。
          • 使用分類別采樣
          • 在調試最后一層的時候使用dropout和增強
          • 使用偽標簽來提高分數(shù)
          • 使用Adam在plateau的時候衰減學習率
          • 用SGD使用Cyclic學習率策略
          • 如果驗證損失持續(xù)2個epochs沒有降低,將學習率進行衰減
          • 將10個batches里的最差的batch進行重復訓練
          • 使用默認的UNET進行訓練
          • 對patch進行重疊,這樣邊緣像素被覆蓋兩次
          • 超參數(shù)調試:訓練時候的學習率,非極大值抑制以及推理時候的分數(shù)閾值
          • 將低置信度得分的包圍框去掉。
          • 訓練不同的卷積網(wǎng)絡進行模型集成。
          • 在F1score開始下降的時候就停止訓練。
          • 使用不同的學習率。
          • 使用層疊的方法用5 folds的方法訓練ANN,重復30次。


          評估和驗證


          • 按類別非均勻的劃分訓練和測試集
          • 當調試最后一層的時候,使用交叉驗證來避免過擬合。
          • 使用10折交叉驗證集成來進行分類。
          • 檢測的時候使用5-10折交叉驗證來集成。


          集成方法


          • 使用簡單的投票方法進行集成
          • 對于類別很多的模型使用LightGBM,使用原始特征。
          • 對2層模型使用CatBoost
          • 使用 ‘curriculum learning’ 來加速模型訓練,這種訓練模式下,模型先在簡單樣本上訓練,再在困難樣本上訓練。
          • 使用ResNet50, InceptionV3, and InceptionResNetV2進行集成。
          • 對物體檢測使用集成。
          • Mask RCNN, YOLOv3, 和Faster RCNN 進行集成。


          后處理


          • 使用test time augmentation?,對一張圖像進行隨機變換多次測試后對結果進行平均。
          • 對測試的預測概率進行均衡化,而不是使用預測的類別。
          • 對預測結果進行幾何平均。
          • 在推理的時候分塊重疊,因為UNet對邊緣區(qū)域的預測不是很好。
          • 進行非極大值抑制和包圍框的收縮。
          • 在實例分割中使用分水嶺算法后處理來分離物體。
          下載1:OpenCV-Contrib擴展模塊中文版教程
          在「小白學視覺」公眾號后臺回復:擴展模塊中文教程即可下載全網(wǎng)第一份OpenCV擴展模塊教程中文版,涵蓋擴展模塊安裝、SFM算法、立體視覺、目標跟蹤、生物視覺、超分辨率處理等二十多章內(nèi)容。

          下載2:Python視覺實戰(zhàn)項目52講
          小白學視覺公眾號后臺回復:Python視覺實戰(zhàn)項目即可下載包括圖像分割、口罩檢測、車道線檢測、車輛計數(shù)、添加眼線、車牌識別、字符識別、情緒檢測、文本內(nèi)容提取、面部識別等31個視覺實戰(zhàn)項目,助力快速學校計算機視覺。

          下載3:OpenCV實戰(zhàn)項目20講
          小白學視覺公眾號后臺回復:OpenCV實戰(zhàn)項目20講即可下載含有20個基于OpenCV實現(xiàn)20個實戰(zhàn)項目,實現(xiàn)OpenCV學習進階。

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