语义分割模型库segmentation_models_pytorch的详细使用介绍

segmentation_models_pytorch（后文简称smp）是一个用于语义分割的高级模型库，支持9种语义分割网络，400多座编码器，本来对这只支持个别网络的模型库博主是不感兴趣的。但是，在查看到好几个竞赛的top方案都是使用unet++(efficientnet做编码器)，博主心动了。如果想要使用更多更全的语义分割模型还是推荐使用MMSegmentation，把MMSegmentation作为语义分割模型库使用可以参考pytorch 24 把MMSegmentation的作为pytorch的语义分割模型库使用（已实现模型的训练与部署）_万里鹏程转瞬至的博客-CSDN博客_mmsegmentation 使用MMSegmentation是商汤科技推出的语义分割库套件，属于 OpenMMLab 项目的一部分，里面有很多的语义分割模型。为什么博主会有这样的骚操作想法呢？原因有二，第一点：MMSegmentation的封装太完善了，作为一个依赖于pytorch的模型库在训练上却不一样，用户的自由发挥空间很小（比如自定义loss、自定义学习率调度器、自定义数据加载器，啥都要重新学），这让博主很难接受；第二点：github上给出了的其他pytorch模型库太拉胯了，支持的模型数量有限，大多只支持2020年以前的模型，这对https://hpg123.blog.csdn.net/article/details/124459439回到正题，接下来描述smp的使用与构造。smp的项目地址为：https://github.com/qubvel/segmentation_models.pytorch

安装smp：

pip install segmentation-models-pytorch

1、基本介绍

9种模型架构（包括传奇的Unet）：

Unet [paper] [docs]
Unet++ [paper] [docs]
MAnet [paper] [docs]
Linknet [paper] [docs]
FPN [paper] [docs]
PSPNet [paper] [docs]
PAN [paper] [docs]
DeepLabV3 [paper] [docs]
DeepLabV3+ [paper] [docs]

113个可用编码器（以及来自timm的400多个编码器，所有编码器都具有预先训练的权重，以更快更好地收敛）：主要为以下网络的多种版本

ResNet
ResNeXt
ResNeSt
Res2Ne(X)t
RegNet(x/y)
GERNet
SE-Net
SK-ResNe(X)t
DenseNet
Inception
EfficientNet
MobileNet
DPN
VGG

训练常规的常用的损失：支持的loss如下所示(在segmentation_models_pytorch.losses中)

from .jaccard import JaccardLoss
from .dice import DiceLoss
from .focal import FocalLoss
from .lovasz import LovaszLoss
from .soft_bce import SoftBCEWithLogitsLoss
from .soft_ce import SoftCrossEntropyLoss
from .tversky import TverskyLoss
from .mcc import MCCLoss

训练常规的常用的指标：在segmentation_models_pytorch.metrics中


from .functional import (
    get_stats,
    fbeta_score,
    f1_score,
    iou_score,
    accuracy,
    precision,
    recall,
    sensitivity,
    specificity,
    balanced_accuracy,
    positive_predictive_value,
    negative_predictive_value,
    false_negative_rate,
    false_positive_rate,
    false_discovery_rate,
    false_omission_rate,
    positive_likelihood_ratio,
    negative_likelihood_ratio,
)

2、模型的构建

smp中模型的构建十分便捷，输入解码器类型，权重类型，输入通道数、输出通道数即可。

import segmentation_models_pytorch as smp

model = smp.Unet(
    encoder_name="resnet34",        # choose encoder, e.g. mobilenet_v2 or efficientnet-b7
    encoder_weights="imagenet",     # use `imagenet` pre-trained weights for encoder initialization
    in_channels=1,                  # model input channels (1 for gray-scale images, 3 for RGB, etc.)
    classes=3,                      # model output channels (number of classes in your dataset)
)

但是有的时候，需要对网络结构进行修改，可以指定更为详细的参数（如网络的深度，是否需要辅助头【这里默认的辅助头都是分类头】）。需要注意的是，在unet网络中编码器深度与解码器的stage个数必须相同（stage中的filter num可以按情况修改）

3、模型的具体结构

在smp中，所有的模型都具备以下结构（encoder，decoder和segmentation_head）。encoder是通过传参控制，decoder由具体的model类确定（所有smp模型decoder的输出都是一个tensor，不存在list【如pspnet的多尺度特征，在decoder输出前用conv进行了融合】），segmentation_head由传入的classes确定（只是一个简单的conv层）

所有smp模型的forward流程都如下图所示