<think>我们之前已经通过数据增强得到了2000个json文件(原始500个,每个增强3个,共2000个)。现在需要将这些json文件转换为单通道PNG图像(分割掩码)和YOLO格式的txt标签文件。
步骤概述:
1. 将每个json文件中的多边形标注转换为单通道PNG图像(每个类别一个唯一的整数值,背景为0)。
2. 同时生成YOLO格式的txt标签文件(每个图像对应一个txt,包含类别和归一化的多边形点)。
但是注意:YOLOv8的分割任务需要两种格式的数据:
- 图像:原始RGB图像(我们已经在增强时保存了)
- 标签:一种是单通道的PNG分割掩码(用于训练),另一种是YOLO格式的txt文件(包含类别和归一化的多边形坐标,用于验证和评估)
然而,根据YOLOv8官方文档,训练分割模型需要:
- 图像放在 `images/train` 等目录
- 对应的标签有两种形式可选(但通常同时提供):
a) 单通道PNG掩码(每个像素值代表类别id)
b) 与图像同名的txt文件,每行格式:`class_id x1 y1 x2 y2 ... xn yn`(归一化的多边形点)
因此,我们需要做两件事:
A. 从json生成单通道PNG掩码(单张图片上每个类别的区域用不同的整数像素值表示)
B. 从json生成YOLO格式的txt文件(包含归一化的多边形点)
由于用户要求生成单通道PNG和txt标签文件,我们将分别处理。
方法:
我们可以使用labelme提供的工具将json转换为单通道PNG,同时自己编写脚本生成YOLO格式的txt。
但为了统一,我们可以:
1. 使用labelme的`labelme2voc.py`脚本生成VOC格式的语义分割数据集(包括单通道PNG),然后
2. 将VOC格式的标注转换为YOLO格式的txt(多边形点)或者直接通过json生成YOLO格式的txt。
然而,用户要求直接生成txt标签文件(YOLO格式),所以我们可以分两步走:
方案一(推荐):
步骤1:将json批量转换为单通道PNG(使用labelme自带的转换工具)
步骤2:从json中提取多边形信息,直接生成YOLO格式的txt文件(归一化坐标)
具体操作:
步骤1:生成单通道PNG掩码
使用labelme提供的命令行工具:
```bash
labelme_json_to_dataset [options] json_file1 json_file2 ... --output dir
```
但是,这个命令一次只能处理一个文件,我们需要批量处理。因此,可以编写一个脚本批量调用。
或者,使用以下Python脚本批量转换(使用labelme的API):
```python
import glob
import os
import labelme
def convert_to_png(json_dir, output_dir):
json_files = glob.glob(os.path.join(json_dir, "*.json"))
for json_file in json_files:
# 使用labelme提供的转换函数
label_file = labelme.LabelFile(filename=json_file)
img = labelme.utils.img_data_to_arr(label_file.imageData)
# 创建保存目录
base_name = os.path.splitext(os.path.basename(json_file))[0]
save_dir = os.path.join(output_dir, base_name)
os.makedirs(save_dir, exist_ok=True)
# 保存原始图像(可选,因为我们已经有增强后的图像了,但这里我们只需要标签)
# 我们真正需要的是label.png(单通道掩码)
# 调用labelme的转换函数生成掩码
data = label_file.load(img, None)
# 生成标签图像
lbl, _ = labelme.utils.shapes_to_label(
img_shape=img.shape,
shapes=data['shapes'],
label_name_to_value={} # 自动生成映射
)
# 保存为PNG
labelme.utils.lblsave(os.path.join(save_dir, 'label.png'), lbl)
# 注意:这样每个json文件会生成一个子目录,里面包含label.png
```
但是,这样生成的掩码是单通道的PNG,每个子目录一个,我们需要将其整理到一个目录中,并且重命名。
步骤2:生成YOLO格式的txt文件
从json文件中读取每个多边形的类别和点,然后归一化(除以图像宽高),并写入txt。
```python
import json
import os
def convert_to_yolo_txt(json_dir, output_txt_dir, class_list):
# class_list: 类别列表,用于映射类别名到id
os.makedirs(output_txt_dir, exist_ok=True)
json_files = glob.glob(os.path.join(json_dir, "*.json"))
for json_file in json_files:
with open(json_file, 'r') as f:
data = json.load(f)
image_width = data['imageWidth']
image_height = data['imageHeight']
base_name = os.path.splitext(os.path.basename(json_file))[0]
txt_file = os.path.join(output_txt_dir, base_name + '.txt')
with open(txt_file, 'w') as f_txt:
for shape in data['shapes']:
if shape['shape_type'] != 'polygon':
continue
label = shape['label']
class_id = class_list.index(label)
points = shape['points']
# 归一化
normalized_points = []
for point in points:
x, y = point
normalized_x = x / image_width
normalized_y = y / image_height
normalized_points.append(normalized_x)
normalized_points.append(normalized_y)
# 写入一行:class_id x1 y1 x2 y2 ...
line = [str(class_id)] + [str(p) for p in normalized_points]
f_txt.write(' '.join(line) + '\n')
```
但是,上述方法需要提前知道class_list。
然而,我们注意到:YOLO格式的txt要求每个对象一行,每行是:
class_id x1 y1 x2 y2 ... xn yn
步骤1和步骤2可以合并成一个脚本,同时生成单通道PNG和YOLO的txt?但是,生成单通道PNG需要调用labelme的转换函数,而生成txt则不需要。
考虑到效率,我们可以分别进行。
但是,我们也可以使用另一种方法:使用labelme2voc生成整个VOC数据集,然后使用voc2yolo转换(但这样可能更复杂)。
为了简化,我建议分别生成:
A. 使用一个循环处理每个json,生成单通道PNG(保存到指定目录,并按原名称命名,如:IMG_001_aug0.png)
B. 使用另一个循环生成txt文件。
优化后的步骤:
步骤1:生成单通道PNG掩码(批量)
修改上面的转换脚本,将每个json转换得到的label.png直接重命名为与json同名的png文件,并放在一个统一的目录中。
步骤2:生成txt标签(同上)
具体实现:
步骤1:批量生成单通道PNG掩码(不使用子目录)
```python
import glob
import os
import json
import numpy as np
import labelme
from labelme import utils
def json_to_png(json_dir, png_output_dir):
os.makedirs(png_output_dir, exist_ok=True)
json_files = glob.glob(os.path.join(json_dir, "*.json"))
for json_file in json_files:
# 读取json文件
label_file = labelme.LabelFile(filename=json_file)
# 获取图像数据(如果原图不在,可以使用我们之前保存的增强图像?但是json中已经包含了图像数据?)
# 注意:在增强时我们保存了图像,但json中可能包含base64编码的图像数据,所以可以直接用
img = labelme.utils.img_data_to_arr(label_file.imageData)
# 获取标注信息
shapes = label_file.shapes
# 创建类别名称到值的映射(自动生成)
label_name_to_value = {'_background_': 0}
for shape in shapes:
label_name = shape['label']
if label_name not in label_name_to_value:
label_name_to_value[label_name] = len(label_name_to_value)
# 生成标签图像
lbl, _ = utils.shapes_to_label(
img_shape=img.shape,
shapes=shapes,
label_name_to_value=label_name_to_value
)
# 保存为PNG
png_filename = os.path.basename(json_file).replace('.json', '.png')
utils.lblsave(os.path.join(png_output_dir, png_filename), lbl)
```
注意:这里生成的PNG是单通道的,像素值从0开始(0是背景,1,2,...是各个类别)。
步骤2:生成YOLO格式的txt文件(与上面相同)
但是,步骤2中我们需要的类别列表(class_list)可以通过遍历所有json文件来收集所有类别,或者我们提前定义好。
如果类别是固定的,我们可以提前定义。如果不固定,我们可以收集所有json中出现的类别(除了背景)。
假设我们已知类别,或者通过一个函数收集:
```python
def get_class_list(json_dir):
classes = set()
json_files = glob.glob(os.path.join(json_dir, "*.json"))
for json_file in json_files:
with open(json_file, 'r') as f:
data = json.load(f)
for shape in data['shapes']:
classes.add(shape['label'])
# 将集合转换为列表,并确保顺序(可以按字母序)
return sorted(list(classes))
```
然后调用:
```python
class_list = get_class_list(json_dir)
convert_to_yolo_txt(json_dir, output_txt_dir, class_list)
```
最后,我们得到:
- 单通道PNG掩码:在 `mask_output_dir` 下,共2000个png文件(与json同名)
- YOLO格式txt:在 `txt_output_dir` 下,共2000个txt文件(与json同名)
注意:YOLO训练时,需要将原始图像(我们增强后的jpg)和txt文件放在同一个目录(或对应目录)用于训练,而单通道PNG用于分割训练(在YOLOv8中,分割训练需要单通道PNG作为标签)。
根据YOLOv8文档,数据集结构应该是:
dataset/
images/
train/
img1.jpg
...
val/
labels/
train/
img1.txt
...
val/
masks/
train/
img1.png # 单通道的掩码
...
val/
因此,我们需要将生成的图像(原始增强后的jpg)、txt标签和PNG掩码分别放到对应的目录中。
但是,用户原始增强后的图像已经保存在一个目录(如 `aug_img_dir`),我们现在需要将:
- 图像复制到 `dataset/images/train/`
- 将txt标签复制到 `dataset/labels/train/`
- 将单通道PNG掩码复制到 `dataset/masks/train/`
这样,在训练YOLOv8分割模型时,配置yaml文件:
path: dataset
train: images/train
val: images/val # 如果有验证集
masks: masks/train # 注意:官方文档中可能需要指定分割标签的路径
但是,请注意,YOLOv8的分割训练要求标签是单通道PNG格式,并且与图像同名(放在不同目录)。同时,它也需要多边形信息(在txt中)用于计算指标?实际上,YOLOv8的分割训练只需要单通道PNG掩码,不需要txt。txt文件是用于目标检测的,而分割任务需要的是掩码。
然而,在YOLOv8的分割中,它同时输出检测框和分割掩码。因此,训练时,它需要两种标签:一种是检测框(YOLO格式txt),另一种是分割掩码(PNG)。但是,根据官方文档,我们只需要提供分割掩码的目录,它会自动读取。检测框信息可以通过分割掩码转换得到(在训练前预处理时)。所以,实际上我们只需要提供单通道PNG掩码即可。
但是,为了确保正确,我们参考官方文档:https://docs.ultralytics.com/datasets/segment/
文档中说明:
分割数据集使用与检测数据集相同的格式,但额外需要一个与图像同名的PNG格式的分割掩码文件(放在`labels`目录旁边的`masks`目录中)。
因此,数据集结构:
dataset/
images/
train/
image1.jpg
val/
masks/
train/
image1.png
val/
并且,每个掩码图像是单通道的PNG,像素值0表示背景,1表示第一个类别,2表示第二个类别,以此类推。
同时,文档中并没有提到需要txt文件。所以,我们可能不需要生成txt文件?但用户要求生成txt文件。
用户要求:生成单通道PNG和txt标签文件。所以,我们按照要求生成。
总结步骤:
1. 使用上述脚本将json转换为单通道PNG(保存到 `masks/train` 目录)
2. 使用上述脚本将json转换为YOLO格式的txt(保存到 `labels/train` 目录)
3. 将增强后的图像(已经有的jpg)复制到 `images/train` 目录
这样,我们就有了完整的训练数据。
注意:在转换过程中,确保文件名一致(除了扩展名)。
完整代码示例(分为两个脚本):
脚本1:json_to_png.py
```python
import glob
import os
import json
import numpy as np
import labelme
from labelme import utils
import cv2
def json_to_png(json_dir, png_output_dir):
os.makedirs(png_output_dir, exist_ok=True)
json_files = glob.glob(os.path.join(json_dir, "*.json"))
for json_file in json_files:
print(f'Processing: {json_file}')
label_file = labelme.LabelFile(json_file)
# 从json中读取图像(如果图像数据存在)
if label_file.imageData is not None:
img = utils.img_data_to_arr(label_file.imageData)
else:
# 如果json中没有图像数据,则从imagePath读取
img_path = os.path.join(os.path.dirname(json_file), label_file.imagePath)
img = cv2.imread(img_path)
img = cv2.cvtColor(img, cv2.COLOR_BGR2RGB)
# 创建标签映射
label_name_to_value = {'_background_': 0}
for shape in label_file.shapes:
label_name = shape['label']
if label_name not in label_name_to_value:
label_name_to_value[label_name] = len(label_name_to_value)
# 生成标签图像
lbl, _ = utils.shapes_to_label(
img_shape=img.shape,
shapes=label_file.shapes,
label_name_to_value=label_name_to_value
)
# 保存为PNG
png_filename = os.path.basename(json_file).replace('.json', '.png')
out_path = os.path.join(png_output_dir, png_filename)
utils.lblsave(out_path, lbl)
if __name__ == '__main__':
json_dir = 'path/to/aug/jsons' # 2000个json文件所在目录
png_output_dir = 'dataset/masks/train'
json_to_png(json_dir, png_output_dir)
```
脚本2:json_to_yolo_txt.py
```python
import glob
import os
import json
def get_class_list(json_dir):
classes = set()
json_files = glob.glob(os.path.join(json_dir, "*.json"))
for json_file in json_files:
with open(json_file, 'r') as f:
data = json.load(f)
for shape in data['shapes']:
classes.add(shape['label'])
# 将背景类排除,因为YOLO格式不需要背景(背景不作为对象)
if '_background_' in classes:
classes.remove('_background_')
return sorted(list(classes))
def convert_to_yolo_txt(json_dir, output_txt_dir, class_list):
os.makedirs(output_txt_dir, exist_ok=True)
json_files = glob.glob(os.path.join(json_dir, "*.json"))
for json_file in json_files:
with open(json_file, 'r') as f:
data = json.load(f)
image_width = data['imageWidth']
image_height = data['imageHeight']
base_name = os.path.splitext(os.path.basename(json_file))[0]
txt_file = os.path.join(output_txt_dir, base_name + '.txt')
with open(txt_file, 'w') as f_txt:
for shape in data['shapes']:
# 跳过非多边形
if shape['shape_type'] != 'polygon':
continue
label = shape['label']
# 跳过背景
if label == '_background_':
continue
class_id = class_list.index(label)
points = shape['points']
# 归一化
normalized_points = []
for point in points:
x, y = point
normalized_x = x / image_width
normalized_y = y / image_height
normalized_points.append(normalized_x)
normalized_points.append(normalized_y)
# 写入一行:class_id x1 y1 x2 y2 ...
line = [str(class_id)] + [str(p) for p in normalized_points]
f_txt.write(' '.join(line) + '\n')
if __name__ == '__main__':
json_dir = 'path/to/aug/jsons'
output_txt_dir = 'dataset/labels/train'
class_list = get_class_list(json_dir)
print("Class list:", class_list)
convert_to_yolo_txt(json_dir, output_txt_dir, class_list)
```
最后,将增强后的图像(jpg)复制到 `dataset/images/train`。
注意:在转换过程中,确保每个json文件对应的图像存在(在增强时已经保存了图像)。
这样,我们就得到了2000张图像,2000个单通道PNG掩码,2000个txt标签文件。
§§相关问题§§
1. 如何确保单通道PNG掩码的像素值正确对应类别?
2. 如果数据集中出现新的类别,如何更新类别列表?
3. 在YOLO格式的txt文件中,为什么需要归一化坐标?
4. 如何验证生成的单通道PNG掩码与原始图像的对齐情况?
5. 对于大型数据集,如何优化转换过程以提高效率?</think>要将2000份LabelMe JSON文件转换为单通道PNG分割掩码和YOLO格式的txt标签文件,请按照以下完整方案操作:
### 完整转换方案
```python
import os
import json
import numpy as np
import cv2
from tqdm import tqdm
from labelme import utils
def json_to_mask_and_yolo(json_dir, mask_output_dir, txt_output_dir, class_map):
"""
将LabelMe JSON文件转换为单通道PNG掩码和YOLO格式txt标签
:param json_dir: JSON文件目录
:param mask_output_dir: 掩码输出目录
:param txt_output_dir: 标签输出目录
:param class_map: 类别名称到ID的映射字典
"""
os.makedirs(mask_output_dir, exist_ok=True)
os.makedirs(txt_output_dir, exist_ok=True)
json_files = [f for f in os.listdir(json_dir) if f.endswith('.json')]
for json_file in tqdm(json_files, desc="Processing JSONs"):
json_path = os.path.join(json_dir, json_file)
base_name = os.path.splitext(json_file)[0]
# 加载JSON数据
with open(json_path, 'r') as f:
data = json.load(f)
img_h = data['imageHeight']
img_w = data['imageWidth']
# 创建空白掩码
mask = np.zeros((img_h, img_w), dtype=np.uint8)
txt_lines = []
# 处理每个多边形
for shape in data['shapes']:
label = shape['label']
points = shape['points']
# 更新类别映射
if label not in class_map:
class_map[label] = len(class_map) + 1 # 0保留给背景
class_id = class_map[label]
# 绘制多边形到掩码
pts = np.array(points, dtype=np.int32)
cv2.fillPoly(mask, [pts], color=class_id)
# 准备YOLO格式数据
normalized_points = []
for point in points:
x, y = point
normalized_points.extend([x/img_w, y/img_h])
yolo_line = f"{class_id} " + " ".join([f"{p:.6f}" for p in normalized_points])
txt_lines.append(yolo_line)
# 保存单通道PNG掩码
mask_path = os.path.join(mask_output_dir, f"{base_name}.png")
cv2.imwrite(mask_path, mask)
# 保存YOLO格式标签
txt_path = os.path.join(txt_output_dir, f"{base_name}.txt")
with open(txt_path, 'w') as f:
f.write("\n".join(txt_lines))
# 使用示例
if __name__ == "__main__":
JSON_DIR = "path/to/2000_jsons" # JSON文件目录
MASK_DIR = "dataset/masks/train" # 掩码输出目录
TXT_DIR = "dataset/labels/train" # 标签输出目录
# 自动生成类别映射(0=背景)
CLASS_MAP = {}
json_to_mask_and_yolo(JSON_DIR, MASK_DIR, TXT_DIR, CLASS_MAP)
# 保存类别映射文件
with open("dataset/class_map.txt", "w") as f:
for name, id in CLASS_MAP.items():
f.write(f"{name}:{id}\n")
print(f"转换完成!共处理{len(os.listdir(JSON_DIR))}个文件")
print(f"发现类别: {CLASS_MAP}")
```
### 关键步骤说明
1. **单通道PNG掩码生成**
- 创建与图像同尺寸的空白掩码
- 使用`cv2.fillPoly`填充多边形区域
- 每个类别分配唯一整数值(0=背景)
- 保存为PNG格式(无损压缩)
2. **YOLO格式标签生成**
- 每个对象一行:`class_id x1 y1 x2 y2 ...`
- 坐标归一化:除以图像宽高(0.0-1.0范围)
- 保留6位小数精度
3. **自动类别映射**
- 动态创建类别名称到ID的映射
- 自动生成class_map.txt映射文件
- 格式:`class_name:class_id`
### 数据集目录结构
```bash
dataset/
├── images/
│ └── train/ # 原始图像(JPEG格式)
├── masks/
│ └── train/ # 单通道PNG掩码
├── labels/
│ └── train/ # YOLO格式txt标签
└── class_map.txt # 类别映射文件
```
### YOLOv8训练配置
创建`dataset.yaml`配置文件:
```yaml
# YOLOv8 分割数据集配置
path: ./dataset
train: images/train
val: images/val # 验证集目录
test: images/test # 测试集目录
# 类别信息
names:
0: background
1: class1 # 根据实际类别修改
2: class2
...
# 分割掩码路径
mask_dir: masks/train
```
### 使用说明
1. 将原始图像放入`dataset/images/train`
2. 运行转换脚本生成掩码和标签
3. 修改`dataset.yaml`中的类别名称
4. 启动YOLOv8训练:
```bash
yolo task=segment mode=train data=dataset.yaml model=yolov8n-seg.pt epochs=100 imgsz=640
```
### 验证结果
```python
# 可视化验证
import matplotlib.pyplot as plt
def visualize_mask(image_path, mask_path):
img = cv2.cvtColor(cv2.imread(image_path), cv2.COLOR_BGR2RGB)
mask = cv2.imread(mask_path, cv2.IMREAD_GRAYSCALE)
plt.figure(figsize=(12, 6))
plt.subplot(121)
plt.title("Original Image")
plt.imshow(img)
plt.axis('off')
plt.subplot(122)
plt.title("Segmentation Mask")
plt.imshow(mask, cmap='tab20') # 使用彩色映射
plt.axis('off')
plt.show()
# 示例调用
visualize_mask("dataset/images/train/IMG_001.jpg", "dataset/masks/train/IMG_001.png")
```