【CV大模型SAM（Segment-Anything）】真是太强大了，分割一切的SAM大模型使用方法:可通过不同的提示得到想要的分割目标

2023-08-31 10:52

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前言

最近GPT一直都被炒的火热，没想到这么快就见到了CV的大模型，而且拥有新数据集+新范式+超强零样本泛化能力。
虽然此次出现的CV大模型没有NLP中的GPT那么强大的效果：用一个模型就可以处理N多下游任务。但这也是一个很好的开始，也应该是CV未来的发展趋势。
SAM（Segment-Anything Model）的出现统一了分割这个任务（CV任务的一个子集）的下流应用，说明了CV的大模型是可能存在的。其肯定会对CV的研究带来巨大的变革，很多任务会被统一处理，可能再过不久，检测、分割和追踪也会被all in one了。

项目地址：https://github.com/facebookresearch/segment-anything
Demo：https://segment-anything.com/

安装运行环境

运行需要python>=3.8, 以及pytorch>=1.7和torchvision>=0.8。
安装依赖库：

pip install git+https://github.com/facebookresearch/segment-anything.git

SAM模型的使用方法

导入相关库并定义显示函数

下面导入了运行所需的第三方库，以及定义了用于展示点、方框以及分割目标的函数。

import numpy as npimport torchimport matplotlib.pyplot as pltimport cv2

def show_mask(mask, ax, random_color=False):    if random_color:        color = np.concatenate([np.random.random(3), np.array([0.6])], axis=0)    else:        color = np.array([30/255, 144/255, 255/255, 0.6])    h, w = mask.shape[-2:]    mask_image = mask.reshape(h, w, 1) * color.reshape(1, 1, -1)    ax.imshow(mask_image)    def show_points(coords, labels, ax, marker_size=375):    pos_points = coords[labels==1]    neg_points = coords[labels==0]    ax.scatter(pos_points[:, 0], pos_points[:, 1], color='green', marker='*', s=marker_size, edgecolor='white', linewidth=1.25)    ax.scatter(neg_points[:, 0], neg_points[:, 1], color='red', marker='*', s=marker_size, edgecolor='white', linewidth=1.25)       def show_box(box, ax):    x0, y0 = box[0], box[1]    w, h = box[2] - box[0], box[3] - box[1]    ax.add_patch(plt.Rectangle((x0, y0), w, h, edgecolor='green', facecolor=(0,0,0,0), lw=2))

导入待分割图片

image = cv2.imread('images/truck.jpg')image = cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2RGB)

plt.figure(figsize=(10,10))plt.imshow(image)plt.axis('on')plt.show()

在这里插入图片描述

使用不同提示方法进行目标分割

首先，加载SAM预训练模型。【文末已将所有文件打包，感兴趣的小伙伴可自行获取】

import syssys.path.append("..")from segment_anything import sam_model_registry, SamPredictorsam_checkpoint = "./models/sam_vit_b_01ec64.pth"model_type = "vit_b"device = "cpu"  # or  "cuda"sam = sam_model_registry[model_type](checkpoint=sam_checkpoint)sam.to(device=device)predictor = SamPredictor(sam)

通过调用SamPredictor.set_image函数，将输入的图像进行编码，SamPredictor 会使用这些编码进行后续的目标分割任务。

predictor.set_image(image)

在上图车的图片上,选择一个点。点的输入格式为(x, y)和并表示出点所带有的标签1(前景点)或0(背景点)。可以输入多个点，在这里我们先只用一个点，选择的点会显示为一个五角星的标记。

方法一：使用单个提示点进行目标分割

input_point = np.array([[500, 375]])  # 标记点input_label = np.array([1])  # 点所对应的标签

plt.figure(figsize=(10,10))plt.imshow(image)show_points(input_point, input_label, plt.gca())plt.axis('on')plt.show()

在这里插入图片描述
用 SamPredictor.predict进行分割，模型会返回这些分割目标对应的置信度。

masks, scores, logits = predictor.predict(    point_coords=input_point,    point_labels=input_label,    multimask_output=True,)

参数说明：

point_coords: 提示的坐标点位置
point_labels: 提示点对应的类型，1前景，0背景
boxes: 提示的方框
multimask_output: 多目标输出还是但目标输出True or False

multimask_output=True （默认），SAM模型会输出3个分割目标和对应的置信度scores。这个设置主要是用于面对歧义的提示点，因为一个提示点可能在多个分割的目标内部，multimask_output=True 能够将包含该提示点的所有目标都分割出来。
如下面示例所示：2种车窗户、还有整个车均包含了五角星的提示点。

masks.shape  # (number_of_masks) x H x W

(3, 1200, 1800)

for i, (mask, score) in enumerate(zip(masks, scores)):    plt.figure(figsize=(10,10))    plt.imshow(image)    show_mask(mask, plt.gca())    show_points(input_point, input_label, plt.gca())    plt.title(f"Mask {i+1}, Score: {score:.3f}", fontsize=18)    plt.axis('off')    plt.show()

在这里插入图片描述

方法二：使用多个提示点进行目标分割

单个提示点通常会存在歧义的影响，因为可能多个目标均包含该点。为了得到我们想要的单个目标，我们可以在目标上进行多个点的提示，以获取该目标的分割结果。
例如下面在卡车上用2个提示点，从而直接提取出整个车的分割结果，而不是窗户。这是需要设置multimask_output=False，用于提取单个目标分割结果。

input_point = np.array([[500, 375], [1125, 625]])input_label = np.array([1, 1])mask_input = logits[np.argmax(scores), :, :]  # Choose the model's best mask

masks, _, _ = predictor.predict(    point_coords=input_point,    point_labels=input_label,    mask_input=mask_input[None, :, :],    multimask_output=False,)

masks.shape

(1, 1200, 1800)

plt.figure(figsize=(10,10))plt.imshow(image)show_mask(masks, plt.gca())show_points(input_point, input_label, plt.gca())plt.axis('off')plt.show()

在这里插入图片描述

如果我们仅想得到窗户的分割结果，我们可以使用背景点（label=0，下图红的五角星）将车子的其他部分剔除掉。

input_point = np.array([[500, 375], [1125, 625]])input_label = np.array([1, 0])mask_input = logits[np.argmax(scores), :, :]  # Choose the model's best mask

masks, _, _ = predictor.predict(    point_coords=input_point,    point_labels=input_label,    mask_input=mask_input[None, :, :],    multimask_output=False,)

plt.figure(figsize=(10, 10))plt.imshow(image)show_mask(masks, plt.gca())show_points(input_point, input_label, plt.gca())plt.axis('off')plt.show()

在这里插入图片描述

方法三：用方框指定一个目标进行分割

SAM模型可以用一个方框作为输入，格式为[x1,y1,x2,y2]。来进行单个目标的分割，如下面所示，通过方框对车的轮子进行分割。

input_box = np.array([425, 600, 700, 875])

masks, _, _ = predictor.predict(    point_coords=None,    point_labels=None,    box=input_box[None, :],    multimask_output=False,)

plt.figure(figsize=(10, 10))plt.imshow(image)show_mask(masks[0], plt.gca())show_box(input_box, plt.gca())plt.axis('off')plt.show()

在这里插入图片描述

方式四：将点与方框结合，进行目标分割

如下示例：将轮胎的中心轮毂部分剔除，仅得到轮胎外部。
方框用于得到轮胎；点标记为背景（input_label = np.array([0])），起到剔除作用。

input_box = np.array([425, 600, 700, 875])input_point = np.array([[575, 750]])input_label = np.array([0])

masks, _, _ = predictor.predict(    point_coords=input_point,    point_labels=input_label,    box=input_box,    multimask_output=False,)

plt.figure(figsize=(10, 10))plt.imshow(image)show_mask(masks[0], plt.gca())show_box(input_box, plt.gca())show_points(input_point, input_label, plt.gca())plt.axis('off')plt.show()

在这里插入图片描述

方法五：多个方框同时输入，进行多目标分割

通过同时输入多个方框，可用于分割不同方框中的目标。下面是对车的不同目标的分割效果。

input_boxes = torch.tensor([    [75, 275, 1725, 850],    [425, 600, 700, 875],    [1375, 550, 1650, 800],    [1240, 675, 1400, 750],], device=predictor.device)

transformed_boxes = predictor.transform.apply_boxes_torch(input_boxes, image.shape[:2])masks, _, _ = predictor.predict_torch(    point_coords=None,    point_labels=None,    boxes=transformed_boxes,    multimask_output=False,)

masks.shape  # (batch_size) x (num_predicted_masks_per_input) x H x W

torch.Size([4, 1, 1200, 1800])

plt.figure(figsize=(10, 10))plt.imshow(image)for mask in masks:    show_mask(mask.cpu().numpy(), plt.gca(), random_color=True)for box in input_boxes:    show_box(box.cpu().numpy(), plt.gca())plt.axis('off')plt.show()