地块变化检测¶

本案例基于PaddleX实现地块变化检测，将同一地块的前期与后期两张图片进行拼接，而后输入给语义分割网络进行变化区域的预测。在训练阶段，使用随机缩放尺寸、旋转、裁剪、颜色空间扰动、水平翻转、竖直翻转多种数据增强策略。在验证和预测阶段，使用滑动窗口预测方式，以避免在直接对大尺寸图片进行预测时显存不足的发生。

前置依赖¶

Paddle paddle >= 1.8.4
Python >= 3.5
PaddleX >= 1.2.2

安装的相关问题参考PaddleX安装

下载PaddleX源码:

git clone https://github.com/PaddlePaddle/PaddleX
cd PaddleX
git checkout release/1.3

该案例所有脚本均位于PaddleX/examples/change_detection/，进入该目录：

cd PaddleX/examples/change_detection/

数据准备¶

本案例使用Daifeng Peng等人开放的Google Dataset, 该数据集涵盖了广州部分区域于2006年至2019年期间的房屋建筑物的变化情况，用于分析城市化进程。一共有20对高清图片，图片有红、绿、蓝三个波段，空间分辨率为0.55m，图片大小有1006x1168至4936x5224不等。

由于Google Dataset仅标注了房屋建筑物是否发生变化，因此本案例是二分类变化检测任务，可根据实际需求修改类别数量即可拓展为多分类变化检测。

本案例将15张图片划分入训练集，5张图片划分入验证集。由于图片尺寸过大，直接训练会发生显存不足的问题，因此以滑动窗口为(1024，1024)、步长为(512, 512)对训练图片进行切分，切分后的训练集一共有743张图片。以滑动窗口为(769, 769)、步长为(769，769)对验证图片进行切分，得到108张子图片，用于训练过程中的验证。

运行以下脚本，下载原始数据集，并完成数据集的切分：

python prepare_data.py

切分后的数据示意如下：

../_images/change_det_data.jpg

注意：

tiff格式的图片PaddleX统一使用gdal库读取，gdal安装可参考gdal文档。若数据是tiff格式的三通道RGB图像，如果不想安装gdal，需自行转成jpeg、bmp、png格式图片。
label文件需为单通道的png格式图片，且标注从0开始计数，标注255表示该类别不参与计算。例如本案例中，0表示unchanged类，1表示changed类。

模型训练¶

由于数据量较小，分割模型选择较好兼顾浅层细节信息和深层语义信息的UNet模型。运行以下脚本，进行模型训练：

python train.py

本案例使用0,1,2,3号GPU卡完成训练，可根据实际显存大小更改训练脚本中的GPU卡数量和train_batch_size的设置值，按train_batch_size的调整比例相应地调整学习率learning_rate，例如train_batch_size由16减少至8时，learning_rate则由0.1减少至0.05。此外，不同数据集上能获得最优精度所对应learning_rate可能有所不同，可以尝试调整。

也可以跳过模型训练步骤，直接下载预训练模型进行后续的模型评估和预测：

wget https://bj.bcebos.com/paddlex/examples/change_detection/models/google_change_det_model.tar.gz
tar -xvf google_change_det_model.tar.gz

模型评估¶

在训练过程中，每隔10个迭代轮数会评估一次模型在验证集的精度。由于已事先将原始大尺寸图片切分成小块，相当于使用无重叠的滑动窗口预测方式，最优模型精度:

mean_iou	category__iou	overall_accuracy	category_accuracy	category_F1-score	kappa
84.24%	97.54%、70.94%	97.68%	98.50%、85.99%	98.75%、83%	81.76%

category分别对应unchanged和changed两类。

运行以下脚本，将采用有重叠的滑动窗口预测方式，重新评估原始大尺寸图片的模型精度，此时模型精度为：

mean_iou	category__iou	overall_accuracy	category_accuracy	category_F1-score	kappa
85.33%	97.79%、72.87%	97.97%	98.66%、87.06%	98.99%、84.30%	83.19%

python eval.py

滑动窗口预测接口说明详见API说明，已有的使用场景可参考RGB遥感分割案例。可根据实际显存大小修改评估脚本中tile_size，pad_size和batch_size。

模型预测¶

执行以下脚本，使用有重叠的滑动预测窗口对验证集进行预测。可根据实际显存大小修改评估脚本中tile_size，pad_size和batch_size。

python predict.py

预测可视化结果如下图所示:

../_images/change_det_prediction.jpg