pytorch torchvision 图像分割使用不同的颜色显示过分割与欠分割

Posted 2022-11-28 LiQiang33

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了pytorch torchvision 图像分割使用不同的颜色显示过分割与欠分割相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

文章目录

0 介绍
- 1.1 背景
1.2 流程
2 获取TP，FP，FN
3 获取背景
4. GRAY图片转化为RGB
5 图片融合保持图片算法流程
6 结果
参考文章

0 介绍

在图像分割中，常常有过分割与欠分割问题，为了显示它们，可以在预测的基础上，使用不同的颜色标记
过分割：在混淆矩阵中即假正类(False positive, FP)，模型将不属于该类的像素预测成了该类，即预测错误。设预测的图像为prd_img, GT为mask_image, 在二分类中，FP的计算方式为 fp = (1 - mask_iamge) × prd_image
欠分割：在混淆矩阵中即假负类(False negative, FN)，模型将属于某个类的像素预测为了别的类，即没预测出来。接上面的假设，二分类中FN的计算方式为： fn = (1 - prd_image) × mask_image
预测正确：在混淆矩阵中为真正类(True positive, TP), 模型对于某个类的像素预测正确。接上面的假设，二分类中，TP的计算为 tp = prd_image × mask_image

1.1 背景

要处理的图片：

本次使用的图像为灰度图像，颜色的深度为8bit，为了显示不同的颜色，需要将其扩充为24bit图像
对于不同的颜色，表示的为TP, FP, FN。将其表示为彩色，同样需要进行颜色深度上的扩充

本次使用的颜色扩充方式为:

先初始化一个和图像长款一致的全零数组
对于不同的维度，进行数组上的赋值

在pytorch中，数组为tensor

代码：

def image_gray2RGB(image):
    image_RGB = torch.zeros(size=(image.shape[0] + 2, image.shape[1], image.shape[2]))
    # 维度上复制三次
    image_RGB[0, :, :] = image
    image_RGB[1, :, :] = image
    image_RGB[2, :, :] = image
    return image_RGB
    pass

1.2 流程

获取tp, fp, fn: 先在tensor数据下，计算tp, fp, fn
获取除了tp, fp, fn之外的背景: 计算完tp, fp, fn后，由于tp, fp, fn 相互没有相交，将tp, fp, fn相加得到一块区域，除去此区域外的区域即为背景
将图片转化为RGB格式：为了显示不同颜色的区域，需要将GRAY格式的图片转化为RGB，需要转化的有tp, fp, fn与背景
根据获取的tp, fp, fn和背景，最终相加（此时是RGB格式）得到最终的图片

2 获取TP，FP，FN

前提：

操作的对象都为tensor数组
去掉了批次，格式为 [C, H , W]，因此在使用的时候，可以遍历批次 [N, C, H, W]

TP计算

def get_tp(mask, prd):
    # 都是基于tensor计算
    # tp 取共同的像素，矩阵相乘
    tp = mask * prd
    return tp

获取FP

def get_fp(mask, prd):
    # fp prd中去除mask的部分
    fp = prd * (1 - mask)
    return fp

获取FN

def get_fn(mask, prd):
    # FN 取mask去掉prd的部分
    fn = mask * (1 - prd)
    return fn

3 获取背景

除去tp, fp, fn外的区域为背景

def get_background(image, tp, fp, fn):
    tp_fp_fn = tp + fp + fn
    background = image * (1 - tp_fp_fn)
    return background
    pass

4. GRAY图片转化为RGB

使用全零tensor生成图片的内存
根据不同通道的数值进行赋值，达到获取不同颜色的结果

def image_gray2RGB(image):
    image_RGB = torch.zeros(size=(image.shape[0] + 2, image.shape[1], image.shape[2]))
    # 维度上复制三次
    image_RGB[0, :, :] = image
    image_RGB[1, :, :] = image
    image_RGB[2, :, :] = image
    return image_RGB
    pass


def image_gray2RGBRed(image):
    image_RGB_RED = torch.zeros(size=(image.shape[0] + 2, image.shape[1], image.shape[2]))
    # 维度上复制三次
    image_RGB_RED[0, :, :] = image
    return image_RGB_RED
    pass


def image_gray2RGBGreen(image):
    image_RGB_GREEN = torch.zeros(size=(image.shape[0] + 2, image.shape[1], image.shape[2]))
    # 维度上复制三次
    image_RGB_GREEN[1, :, :] = image
    return image_RGB_GREEN
    pass


def image_gray2RGBlue(image):
    image_RGB_BLUE = torch.zeros(size=(image.shape[0] + 2, image.shape[1], image.shape[2]))
    # 维度上复制三次
    image_RGB_BLUE[2, :, :] = image
    return image_RGB_BLUE


def image_gray2RGBYellow(image):
    image_RGB_BLUE = torch.zeros(size=(image.shape[0] + 2, image.shape[1], image.shape[2]))
    # 维度上复制三次
    image_RGB_BLUE[0, :, :] = image
    image_RGB_BLUE[1, :, :] = image
    return image_RGB_BLUE

    pass

5 图片融合保持图片算法流程

使用加法进行融合

def converge_image(image_RGB, tp_RGB, fp_RGB, fn_RGB):
    image = image_RGB + tp_RGB + fp_RGB + fn_RGB
    return image
    pass

图片保存

tensor中图片的格式为 [C, H, W]
本文使用PIL.Image操作图片，其操作图片格式为 [H, W, C]，因此需要对图片进行变换，核心代码为image_array = tensor.permute(1, 2, 0)

def save_image(image, dst):
    # image的格式为[H,W,C]
    image = torch.clamp(image * 255, 0, 255).permute(1, 2, 0).byte().cpu().numpy()
    image = Image.fromarray(image)  # PIL.Image接受[H,W,C]这样格式图
    image.save(dst)

基本流程:

获取图片并转化为tensor


def get_tensor_image(image_path):
    # 转换格式
    transform2tensor = torchvision.transforms.ToTensor()
    image = Image.open(image_path)
    image = image.convert("L")
    image_tensor = transform2tensor(image)
    return image_tensor

操作

def test1():
    origin_image_path = r'resourse/test1/patient1_IMG001_frame026_resize_512.png'
    mask_image_path = r'resourse/test1/patient1_IMG001_frame026_mask_resize_512.png'
    prd_image_path = r'resourse/test1/patient1_IMG001_frame026_prd.png'
    save_dst_path = r'./result/test1/test_image_tp_fp_fn.png'

    origin_image = get_tensor_image(image_path=origin_image_path)
    mask_image = get_tensor_image(image_path=mask_image_path)
    prd_image = get_tensor_image(image_path=prd_image_path)

    # 取TP, FP, FN
    tp = get_tp(mask=mask_image, prd=prd_image)
    fn = get_fn(mask=mask_image, prd=prd_image)
    fp = get_fp(mask=mask_image, prd=prd_image)

    # 获取背景
    background_image = get_background(image=origin_image, tp=tp, fp=fp, fn=fn)

    # 转化为RGB，并取一定的颜色
    background_image_RGB = image_gray2RGB(background_image)
    tp_image_GREEN = image_gray2RGBGreen(tp)
    fp_image_RED = image_gray2RGBRed(fp)
    fn_image_Yellow = image_gray2RGBYellow(fn)

    # 图片融合
    image = converge_image(image_RGB=background_image_RGB, tp_RGB=tp_image_GREEN
                           , fp_RGB=fp_image_RED, fn_RGB=fn_image_Yellow)

    # 保存结果
    save_image(image=image, dst=save_dst_path)
    pass