python实现labelme样本自动标注

python实现labelme样本自动标注

• 前言
• 说明
• • 正文
  • • 一、 json文件简介及相关API：
    • 二、 特征区域检测及相应API
    • 三、 计算偏移量以及标注框的新的点集
    • 四、 json文件数据其他修改

前言

公司前段时间做一个项目，需要用到语义分割，样本很多，但是都没有标注，也没有让标注公司弄，只好自己标注，平均两分半一张，一天标200多张人都要疯了，而且项目进度也比较着急。所以自己实现了一个基于labelme的自动标注模块，在了解正文之前，请先看下一段的说明，选择性绕道，以免耽误个人宝贵的时间。

说明

一、模块适用场景应满足以下条件：
1、 样本的标签数量、标签类别不变的场景（但也可以基于图像处理做标签检测，有标签出现时，可以实现自动标注，这就要看具体场景了）
2、 标签形态，大小，无明显变化，只存在相对位置的平移和旋转
3、 可利用图像处理技术，匹配到样本中一个或多个固定的位置（且该位置相对于样本的像素位置不变）
二、实现模块需要具备的相应技能：
1、 了解json文件的结构；
2、 了解图片的I/O操作及相应的类型转换；
3、 了解基础的图像处理技术，能实现图像突出特征点或区域的检测；
4、 python基础
三、模块效果：
1、模块标注准确率在90%以上，只需要调整小部分样本即可；
2、效果图如下(第一张为未标注状态)：

正文

一、 json文件简介及相关API：

json结构简介：

{
  "imageHeight": 178,#图片的高（rows）
  "imageData": "/9j/4AAQSkZJRgABAQA.............gAooooA//2Q==",#图片编码成的str类型数据，可以再次解码成图片
  "flags": {},#分类样本标注时用到，是样本的类别（整个图片属于什么类别）
  "version": "4.2.10",
  "imageWidth": 1236,#图片宽（cols）
  "imagePath": "001194.jpg",#图片的名称
  "shapes": [#shepe里面以字典的形式存放标注的标签个数（类别个数）
    {
      "shape_type": "polygon",#标注形式，默认为多边形，还可以有矩形等其他形状
      "flags": {},#分类标签
      "label": "2",#这个框所属的类别
      "points": [#围成框的所有点，标注时第一个点存放在这里index为0的位置。
        [
          172.89719626168224,#第一个点的宽（cols）
          39.77881619937695#第一个点的高（rows）
        ],
        [
          141.1214953271028,
          53.17445482866043
        ],
        ......
        [
          144.23676012461058,
          86.81931464174455
        ]
      ],
      "group_id": null#组别
    },
    {
      "shape_type": "polygon",
      "flags": {},
      "label": "0",
      "points": [
        [
          170.09345794392522,
          47.255451713395644
        ],
        ......
        [
          186.91588785046727,
          74.3582554517134
        ]
      ],
      "group_id": null
    },
    {
      "shape_type": "polygon",
      "flags": {},
      "label": "1",
      "points": [
        [
          184.11214953271028,
          36.35202492211838
        ],
       ......
        [
          185.0467289719626,
          55.97819314641744
        ]
      ],
      "group_id": null
    },
    {
      "shape_type": "polygon",
      "flags": {},
      "label": "0",
      "points": [
        [
          1063.2398753894083,
          37.90965732087227
        ],
        ......
        [
          1080.9968847352025,
          64.0778816199377
        ]
      ],
      "group_id": null
    },
    {
      "shape_type": "polygon",
      "flags": {},
      "label": "3",
      "points": [
        [
          1061.0591900311526,
          30.121495327102807
        ],
       ......
        [
          1092.2118380062304,
          79.96573208722741
        ]
      ],
      "group_id": null
    }
  ]
}

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19
• 20
• 21
• 22
• 23
• 24
• 25
• 26
• 27
• 28
• 29
• 30
• 31
• 32
• 33
• 34
• 35
• 36
• 37
• 38
• 39
• 40
• 41
• 42
• 43
• 44
• 45
• 46
• 47
• 48
• 49
• 50
• 51
• 52
• 53
• 54
• 55
• 56
• 57
• 58
• 59
• 60
• 61
• 62
• 63
• 64
• 65
• 66
• 67
• 68
• 69
• 70
• 71
• 72
• 73
• 74
• 75
• 76
• 77
• 78
• 79
• 80
• 81
• 82
• 83
• 84
• 85
• 86
• 87
• 88
• 89
• 90
• 91
• 92
• 93
• 94
• 95
• 96
• 97
• 98
• 99

综上，实现自动标注，第一步便是能让json文件和需要标注的样本一一对应起来，直接修改"imageData"的值便可。
代码如下：

with open(json_path, "r", encoding='utf-8') as jsonFile:#读取json文件
    json_data = json.load(jsonFile)#json.load（）用于读取json文件函数
    with open(image_path,'rb') as image_file:#读取图片文件
	    image_text_data = image_file.read()
	    image_text_bytes = base64.b64encode(image_text_data)#用base64API编码
	    image_text_tring = image_text_bytes.decode('utf-8')#再解码成str类型，注意，如果直接将图片以二进制读入然后用str（）函数转成str类型则不行
	
	    json_data_tra['imageData'] = image_text_tring#json是一个字典，所以，以字典的形式索引，修改对应key的值。
	  		with open(json_data_path, "w") as jsonFile:
            	json.dump(json_data_tra, jsonFile,ensure_ascii=False)#将修改好的json文件写入本地，json.dump()函数，用于json文件的output。

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10

二、 特征区域检测及相应API

有如上修改后，只需要加上标注框微调便可以了。实现这个功能，需要基于一个或多个始终能检测到的特征点，利用特征点的移动距离来调整标注框的形状和相对图片的距离。
特征点检测代码如下（我选取了5个点，因为相机标定问题，导致图片有些部位存在形变，每一个框对应一个点减小了图片形变的影响）：

def tamplate_match(image_data,template_path):#传入待标注图片，以及制作的特征区域模板图片

    point = []
    image = cv2.cvtColor(image_data, cv2.COLOR_BGR2GRAY)#转换成单通道
    image[int(image.shape[0] / 2.3):-1, int(image.shape[1] / 6):int(image.shape[1] - image.shape[1] / 6)] = 0#将多余特征覆盖，虑去杂质背景，增大检测准确率，此处可视情况改成图像相关的处理技术。
    for _,_,tamplate_name in os.walk(template_path):#读取模板路径下的模板图片名称
        break
    for name in tamplate_name:
        template_data_path = template_path + name
        template_data = cv2.imread(template_data_path,0)
        high,wide = template_data.shape

        template_image_result = cv2.matchTemplate(image, template_data, cv2.TM_SQDIFF_NORMED)  # 归一化相关系数匹配法
        cv2.normalize(template_image_result, template_image_result, 0, 1, cv2.NORM_MINMAX, -1)#归一化至0到1
        # 寻找矩阵（一维数组当做向量，用Mat定义）中的最大值和最小值的匹配结果及其索引位置（像素坐标）
        min_val, max_val, min_loc, max_loc = cv2.minMaxLoc(template_image_result)#用最小值
        point.append([min_loc,high,wide])

    return point#该列表下面每一个元素里面又都包含了一个2维元祖

def center_point_coordinate(point):#将返回的点，转换成区域中心点

    point_coor = []
    for info in point:
        min_loc = info[0]
        high = info[1]
        wide = info[2]
        point_coor.append((int(min_loc[0] + wide / 2), int(min_loc[1] + high / 2)))

    return point_coor#以元祖的形式返回结果

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19
• 20
• 21
• 22
• 23
• 24
• 25
• 26
• 27
• 28
• 29
• 30

三、 计算偏移量以及标注框的新的点集

有了基础点，就可以基于这个点，先计算每个框的所有点基于其对应基础点的基础距离，然后再利用每次检测到的每一张图片上的特征点减去这个基础距离，就是每一张图片上不同框的所有的新的点集了。
代码如下：

def basic_json_point_offset(json_data,basic_point):#每个标签下面的所有点相对于基础检测点的偏移量，传入json数据，基本点的信息

    json_point_offset = []
    json_data_initial = copy.deepcopy(json_data)#深拷贝json文件，以防误修改
    info = json_data_initial["shapes"]#找到json文件的所有标注框
    if len(info) == len(basic_point):#假如使用的模板和标签数量一致
        for reference_point,info_point in zip(basic_point,info):#返回一个基础点，一个标注框的所有点
            point_set = []
            for point in info_point["points"]:
                offset_x = reference_point[0] - point[0]#基础点col-标注框的每一个点的col
                offset_y = reference_point[1] - point[1]
                point_set.append([offset_x,offset_y])#将这对偏移量添加进列表
            json_point_offset.append(point_set)#将这个框的所有点的偏移量添加到列表
    else:
        basic_point = np.array(basic_point)
        hight,wide = float(np.mean(basic_point[:,0])),float(np.mean(basic_point[:,1]))
        for info_point in info:
            point_set = []
            for point in info_point["points"]:
                offset_x = hight - point[0]#后面使用offset需要减 -=
                offset_y = wide - point[1]
                point_set.append([offset_x,offset_y])
            json_point_offset.append(point_set)

    return json_point_offset#返回偏移量列表

def json_offset_translational(json_data,json_point_offset,coor_point):#利用偏移量计算新的标注框的点集，传入json数据，偏移量，特征点的像素坐标

    json_data_initial = copy.deepcopy(json_data)
    info = json_data_initial["shapes"]
    if len(coor_point) == len(info):
        for num, info_point in enumerate(info):
            for offset_point,point in zip(json_point_offset[num],info_point["points"]):
                point[0] = coor_point[num][0] - offset_point[0]
                point[1] = coor_point[num][1] - offset_point[1]
    else:
        basic_point = np.array(coor_point)
        hight, wide = float(np.mean(basic_point[:, 0])), float(np.mean(basic_point[:, 1]))
        for e,info_point in  enumerate(info):
            for offset_point,point in zip(json_point_offset[e],info_point["points"]):
                point[0] = hight - offset_point[0]
                point[1] = wide - offset_point[1]

    return json_data_initial#返回的是修改了标注框的json文件

 

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19
• 20
• 21
• 22
• 23
• 24
• 25
• 26
• 27
• 28
• 29
• 30
• 31
• 32
• 33
• 34
• 35
• 36
• 37
• 38
• 39
• 40
• 41
• 42
• 43
• 44

四、 json文件数据其他修改

如上，便基本实现了如题功能，只需要在完善下便可。
代码如下：

def image_json_adjustment(path,template_path,json_path):#传入待标注图片的路径，模板路径，模板json文件的路径（需要手动标注一张json文件做为模板）

    with open(json_path, "r", encoding='utf-8') as jsonFile:
        json_data = json.load(jsonFile)

    file_name,json_point_offset = [],[]
    for _,_,file_name in os.walk(path):
        break
    for i,name in enumerate(file_name):
        image_path = path + name
        json_data_path = path + name[:-4] + '.json'
        image = cv2.imread(image_path, 1)
        point = tamplate_match(image,template_path)
        coor_point = center_point_coordinate(point)

        if i == 0:
            json_point_offset = basic_json_point_offset(json_data,coor_point)
        else:
            json_data_tra = json_offset_translational(json_data, json_point_offset,coor_point)

            with open(image_path,'rb') as image_file:
                image_text_data = image_file.read()
                image_text_bytes = base64.b64encode(image_text_data)
                image_text_tring = image_text_bytes.decode('utf-8')

                json_data_tra['imageData'] = image_text_tring#修改json文件对应的图片
                json_data_tra["imagePath"] = name#修改名称
                json_data_tra["imageHeight"] =  image.shape[0]#修改高宽
                json_data_tra["imageWidth"] = image.shape[1]

                with open(json_data_path, "w") as jsonFile:
                    json.dump(json_data_tra, jsonFile,ensure_ascii=False)

• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• 13
• 14
• 15
• 16
• 17
• 18
• 19
• 20
• 21
• 22
• 23
• 24
• 25
• 26
• 27
• 28
• 29
• 30
• 31
• 32

感谢耐心查阅！