前面的系列文章里提過，TAO 工具將模型訓(xùn)練的絕大部分技術(shù)難題都進(jìn)行抽象化處理，大幅度減輕開發(fā)人員的負(fù)擔(dān)，唯獨(dú)數(shù)據(jù)集的收集與整理仍須由人工自行處理，這幾乎是留給操作人員的最后工作了。

大部分關(guān)于數(shù)據(jù)集的問題就是標(biāo)注格式的轉(zhuǎn)換，包括 Pascal VOC、OpenImages、COCO 這些影響力較大的數(shù)據(jù)集，個(gè)別使用 .xml、.csv、.json 等不同的文件格式，包括標(biāo)注欄位的內(nèi)容與順序也都不盡相同，這通常是困擾使用者的第一個(gè)門檻。

好在這些格式之間的轉(zhuǎn)換，只需要一些簡單的 Python 小工具就能完成，雖然繁瑣但也沒有什么技術(shù)難度。

在https://docs.nvidia.com/tao/tao-toolkit/text/data_annotation_format.html里，提供 TAO 工具針對(duì)不同應(yīng)用類型所支持的格式，簡單整理如下：

圖像分類：目錄結(jié)構(gòu)格式

物件檢測：KITTI 與 COCO 格式

實(shí)例分割：COCO 格式

語義分割：UNet 格式

體態(tài)識(shí)別：COCO 格式

其他：自定義格式

這里只將使用率較高的圖像分類與物件檢測兩種應(yīng)用的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行說明，其他應(yīng)用的數(shù)據(jù)格式請(qǐng)自行參照前面提供的說明鏈接。

1、圖像分類的“目錄結(jié)構(gòu)”格式：

這是以“圖像”為單位的分類應(yīng)用，每張圖片只會(huì)有一個(gè)分類屬性，因此格式相對(duì)簡單，只要將圖片根據(jù)目錄結(jié)構(gòu)的規(guī)則進(jìn)行分類就可以。

為了配合模型訓(xùn)練的工作，我們需要將數(shù)據(jù)集切割成 “train”、“val”、“test” 三大類，分別作為訓(xùn)練、校驗(yàn)與測試用途。

在每個(gè)數(shù)據(jù)集下面再延伸出“分類屬性”子目錄，例如做早期用于識(shí)別 0~9 手寫數(shù)字的 MNIST 數(shù)據(jù)集，就得在 train/val/test 下面各添加 “0”~“9” 共 10 個(gè)子目錄，合計(jì)是 2 層 33 個(gè)目錄結(jié)構(gòu)。

如果是使用 ILSVRC 競賽的 1000 分類 ImageNet 數(shù)據(jù)的話，就得根據(jù)這 1000 個(gè)分類在三個(gè)目錄下創(chuàng)建 1000 個(gè)分類屬性子目錄，例如 dog、cat、person 等等，雖然很繁瑣但也不復(fù)雜，對(duì)模型訓(xùn)練工具而言，圖像文件名稱是無所謂的。

數(shù)據(jù)來源通常是兩大類，第一種是自行從網(wǎng)上收集與手動(dòng)拍攝，第二種是從現(xiàn)成數(shù)據(jù)集進(jìn)行提取，包括 ImageNet、Pascal VOC、COCO、OpenImages 這些知名的通用數(shù)據(jù)集，都有非常豐富的資源。

但現(xiàn)在的最大問題是，如何從這些數(shù)據(jù)集中提取所需要的圖像，并根據(jù)“目錄結(jié)構(gòu)”存放成 TAO 所支持的格式？

這個(gè)部分需要使用者自行研究所需要的數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu)，撰寫簡單的提取工具。例如 TAO 提供的 classification 圖像分類模型訓(xùn)練范例項(xiàng)目中，使用 Pascal VOC 2012 數(shù)據(jù)集來進(jìn)行圖像分類的模型訓(xùn)練，但是這個(gè)數(shù)據(jù)集使用下圖左的路徑分布方式，與 TAO 所支持的“目錄結(jié)構(gòu)”格式并不相同，那么該如何處理？

我們必須對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)集的相關(guān)資源有進(jìn)一步了解。在 VOC 數(shù)據(jù)集的 ImageSets/Main 里存放 63個(gè).txt 文件，刨去 train.txt、trainval.txt 與 val.txt 三個(gè)文件，其余 60 個(gè)分屬于數(shù)據(jù)集的 20 個(gè)圖像類別的三種用途，例如 xxx_trainval.txt、xxx_train.txt、xxx_val.txt，其中前者的內(nèi)容是后面兩個(gè)文件的合并。

在 classification.ipynb 腳本中提供兩段數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換的 Python 代碼（請(qǐng)自行查閱），在 “A.Split the dataset into train/val/test” 的環(huán)節(jié)，執(zhí)行以下處理：

(1) 將存放在上圖左邊 “JPEGImages” 里面的圖像文件，借助 xxx_trainval.txt 分類列表的協(xié)助，復(fù)制到上圖右方的 “formated” 下的 20 個(gè)分類子目錄； (2) 從 “formated” 的每一類圖像數(shù)據(jù)，分別切割出 train/val/test 三大分類，放到 “split” 目錄下，作為后面轉(zhuǎn)換成 tfrecords 的數(shù)據(jù)源。

經(jīng)過兩次轉(zhuǎn)換處理后，在這里的數(shù)據(jù)內(nèi)容就該有 3 份相同的圖像數(shù)據(jù)，只不過使用不同的路徑結(jié)構(gòu)去存放而已。如果不想浪費(fèi)存儲(chǔ)空間的話，可以將 VOCdeckit 與 formatted 兩個(gè)目錄刪除，只需要保留 split 目錄的結(jié)構(gòu)就足夠。

至于其他數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，也需要使用者對(duì)該數(shù)據(jù)集有充分的了解，畢竟學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的精力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于自行收集的時(shí)間，絕對(duì)是劃算的。

2、物件檢測的 KITTI 格式：

絕大部分通用數(shù)據(jù)集為了提高普及度，都提供多種應(yīng)用類別的標(biāo)注 (annotations) 內(nèi)容，其中 “物件位置 (location)” 是最基本的數(shù)據(jù)，其他還有與人體相關(guān)的骨骼結(jié)構(gòu)標(biāo)注、語義分割的材質(zhì)標(biāo)注、場景描述的標(biāo)注等等，每種數(shù)據(jù)集都有其側(cè)重點(diǎn)，因此內(nèi)容種類與格式也都不盡相同，這是大伙要使用數(shù)據(jù)集的第一個(gè)門檻。

物件檢測是比圖像分類更進(jìn)一步的深度學(xué)習(xí)應(yīng)用，要在一張圖像中找出符合條件的物件，數(shù)量沒有限定，就看訓(xùn)練出來的模型具備哪些分類功能。

每個(gè)數(shù)據(jù)集的差異，就是將所包含的圖像，都進(jìn)行不同功能與不同細(xì)膩度的標(biāo)注內(nèi)容，這些動(dòng)輒數(shù)萬張到上千萬張的圖像、分類數(shù)量從20到數(shù)千的不同數(shù)據(jù)集，也都使用不同的文件格式去儲(chǔ)存這些標(biāo)注內(nèi)容，有些是圖像文件與標(biāo)注文件一一對(duì)應(yīng)，有些則是將上千萬張的標(biāo)注內(nèi)容全部存在一個(gè)巨大的標(biāo)注文件里。

例如 COCO 數(shù)據(jù)集將數(shù)百萬張的標(biāo)注存放在上百兆的 .json 文件里、 OpenImages 數(shù)據(jù)集上千萬張的標(biāo)注存放在 1.3GB 的 .csv 文件中，而 Pascal VOC 與 ImageNet 的標(biāo)注文件則提供一對(duì)一對(duì)應(yīng)的 .txt 與 .xml 格式，莫衷一是。

事實(shí)上對(duì)應(yīng)物件檢測的應(yīng)用，我們只需要標(biāo)注文件中最基本的元素，包括“類別”與“位置”這兩組共 5 個(gè)欄位數(shù)據(jù)就可以。類別部分有的數(shù)據(jù)集直接使用“類別名”，有的數(shù)據(jù)集只提供“類別編號(hào)”，然后再到類別文件中尋找對(duì)應(yīng)；位置信息部分，有些提供“左上角”與“右下角”坐標(biāo)位置，有些使用“起點(diǎn)坐標(biāo)”與“長寬”來表示，都是一組 4 個(gè)浮點(diǎn)值。

因此，要從龐大的數(shù)據(jù)集中，提取我們所需要的類別與位置標(biāo)注，就必須對(duì)個(gè)別標(biāo)注結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，才能得到我們想要的結(jié)果，這個(gè)步驟是跳不過去的。網(wǎng)上雖然有很多標(biāo)注格式轉(zhuǎn)換的功能，但是通用性受限制，還是需要進(jìn)行局部修改。

現(xiàn)在來看看 TAO 工具在物件檢測模型訓(xùn)練所支持KITTI格式內(nèi)容，主要欄位如下：

其標(biāo)注文件是 .txt 純文字格式，在文件內(nèi)的表達(dá)方式如下：

熟悉物件檢測應(yīng)用的人，可能會(huì)覺得這個(gè) KITTI 標(biāo)注格式中，有一半以上的欄位是用不上的，為何英偉達(dá)卻十分偏好這個(gè)格式呢？

如果將視野放大到自動(dòng)駕駛與 3D 應(yīng)用領(lǐng)域的話，就能理解英偉達(dá)選擇這個(gè)格式的理由，因?yàn)?KITTI 數(shù)據(jù)集是由德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院和豐田美國技術(shù)研究院聯(lián)合創(chuàng)辦，是目前國際上最大的自動(dòng)駕駛場景下的計(jì)算機(jī)視覺算法評(píng)測數(shù)據(jù)集。

在物件檢測應(yīng)用中只需要用到“類名”與“邊界框坐標(biāo)”這兩部分，如果從其他數(shù)據(jù)集提取數(shù)據(jù)時(shí)只要找出這 5 個(gè)數(shù)據(jù)，如果坐標(biāo)格式為“起點(diǎn)坐標(biāo)+長寬”的格式，也能簡單轉(zhuǎn)換成“起點(diǎn)坐標(biāo)+重點(diǎn)坐標(biāo)”形式，寫入對(duì)應(yīng)的 KITTI 標(biāo)注文件中，其他欄位的內(nèi)容 “補(bǔ) 0” 就可以，所以整個(gè)轉(zhuǎn)換過程還不是太麻煩。

在 TAO 的視覺項(xiàng)目中的 face-mask-detection/data_utils 里，提供大約 4 轉(zhuǎn)換成 KITTI 格式的工具，能提供大家作為參考。

只要能將不同數(shù)據(jù)集之間的格式轉(zhuǎn)換弄通，就能非常高效的從龐大的數(shù)據(jù)集資源中，輕松獲取我們所需要的類別數(shù)據(jù)，進(jìn)一步訓(xùn)練出自己專屬的模型，因此這個(gè)過程對(duì)使用深度學(xué)習(xí)的工程師是很重要的基本工作。

原文標(biāo)題：NVIDIA Jetson Nano 2GB 系列文章（58）：視覺類的數(shù)據(jù)格式

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審核編輯：湯梓紅