实现目标检测中的数据格式自由（labelme json、voc、coco、yolo格式的相互转换）

在进行目标检测任务中，存在labelme json、voc、coco、yolo等格式。labelme json是由anylabeling、labelme等软件生成的标注格式、voc是通用目标检测框（mmdetection、paddledetection）所支持的格式，coco是通用目标检测框（mmdetection、paddledetection）所支持的格式，yolo格式是yolo系列项目中所支持的格式。在进行实际项目中，通常不会局限于一个检测框架，故而数据格式也不会局限于一种。为此博主整理了互联网上相关的数据格式转换代码，方便各位的使用。

1、json格式转yolo

这里是指将json格式转yolo格式，具体包括目标检测、关键点检测、实例分割，旋转框检测等（最新的yolov8项目支持以上任务）。具体代码如下所示，其可以将json格式转为yolo格式，在json文件同目录下生成yolo格式的txt文件

import json
import numpy as np
import os,cv2
#把json格式的标注转换为yolo格式
def json2yolo(path,cls_dict,types="bbox"):
    # 打开文件,r是读取,encoding是指定编码格式
    with open(path ,'r',encoding = 'utf-8') as fp:
        # load()函数将fp(一个支持.read()的文件类对象，包含一个JSON文档)反序列化为一个Python对象
        data = json.load(fp)
        h=data["imageHeight"]
        w=data["imageWidth"]
        shapes=data["shapes"]
        all_lines=""
        for shape in shapes:
            if True:
                #转成np数组，为了方便将绝对数值转换为相对数值
                points=np.array(shape["points"]) #把二维list强制转换np数组  shape为n,2
                #print(points)#[[x1,y1],[x2,y2]]
                if types=="bbox":
                    print(len(points))
                    x, y, wi, hi = cv2.boundingRect(points.reshape((-1,1,2)).astype(np.float32))
                    cx,cy=x+wi/2,y+hi/2
                    cx,cy,wi,hi=cx/w,cy/h,wi/w,hi/h
                    msg="%.2f %.2f %.2f %.2f"%(cx,cy,wi,hi)
                else:
                    points[:,0]=points[:,0]/w #n,2数组的第0列除以w
                    points[:,1]=points[:,1]/h #n,2数组的第1列除以h
                    #把np数组转换为yolo格式的str
                    points=points.reshape(-1)
                    points=list(points)
                    points=['%.4f'%x for x in points]#把float型的list转换为str型的list
                    msg=" ".join(points)
                l=shape['label'].lower()
                line=str(cls_dict[l])+" "+msg+"\n"
                all_lines+=line
    print(all_lines)
    filename=path.replace('json','txt')
    fh = open(filename, 'w', encoding='utf-8')
    fh.write(all_lines)
    fh.close()
#定义文件路径
path="labelme-data"
path_list=os.listdir(path) 
cls_dict={'cls0':0,'cls1': 1, 'cls2': 2, 'cls3': 3}
path_list2=[x for x in path_list if ".json" in x]
for p in path_list2:
    json2yolo(path+"/"+p,cls_dict)

2、yolo格式转voc

参考博客：python工具方法 41 对VOC|YOLO格式的数据进行resize操作（VOC与YOLO数据相互转换） 中2.2节的内容，可以实现将yolo格式转voc格式。yolo格式数据转换为voc数据后，可以使用mmdetecion、paddledetection等框架进行训练。

需要注意的是，yolo数据以id描述类别，而voc数据以name描述类别，故而需要设置cls_dict来描述id与name的对应关系

3、voc格式转yolo

参考博客：python工具方法 41 对VOC|YOLO格式的数据进行resize操作（VOC与YOLO数据相互转换） 中2.1节的内容，可以实现将voc格式转yolo格式。voc格式数据转换为yolo后，可以对图像进行resize操作，以训练模型提升图像加载速度。

需要注意的是，yolo数据以id描述类别，而voc数据以name描述类别，故而需要设置cls_dict来描述id与name的对应关系

4、voc数据转json

代码摘抄自互联网。其空将xml描述的voc数据转换为json格式，使得我们可以利用labelme等软件对标签进行可视化与调整

"""
    Author:DamonZheng
    Function:xml2json(for labelme)
    Edition:1.0
    Date:2022.2.21
"""

import argparse
import glob
import os
import xml.etree.ElementTree as ET
import json
from tqdm import tqdm

def parse_args():
    """
        参数配置
    """
    parser = argparse.ArgumentParser(description='xml2json')
    parser.add_argument('--raw_label_dir', help='the path of raw label', default=r'el-voc2/Annotations')
    parser.add_argument('--pic_dir', help='the path of picture', default=r'el-voc2/JPEGImages')
    parser.add_argument('--save_dir', help='the path of new label', default=r'el-voc2/Jsons')
    args = parser.parse_args()
    return args

def read_xml_gtbox_and_label(xml_path):
    """
        读取xml内容
    """
    tree = ET.parse(xml_path)
    root = tree.getroot()
    size = root.find('size')
    width = int(size.find('width').text)
    height = int(size.find('height').text)
    depth = int(size.find('depth').text)
    points = []
    for obj in root.iter('object'):
        cls = obj.find('name').text
        #pose = obj.find('pose').text
        xmlbox = obj.find('bndbox')
        xmin = float(xmlbox.find('xmin').text)
        xmax = float(xmlbox.find('xmax').text)
        ymin = float(xmlbox.find('ymin').text)
        ymax = float(xmlbox.find('ymax').text)
        box = [xmin, ymin, xmax, ymax]
        point = [cls, box]
        points.append(point)
    return points, width, height

def main():
    """
        主函数
    """
    args = parse_args()
    labels = glob.glob(args.raw_label_dir + '/*.xml')
    for i, label_abs in tqdm(enumerate(labels), total=len(labels)):
        _, label = os.path.split(label_abs)
        label_name = label.rstrip('.xml')
        img_path = os.path.join(args.pic_dir, label_name + '.jpg')
        points, width, height = read_xml_gtbox_and_label(label_abs)
        json_str = {}
        json_str['version'] = '4.5.6'
        json_str['flags'] = {}
        shapes = []
        for i in range(len(points)):
            shape = {}
            shape['label'] = points[i][0]
            shape['points'] = [[points[i][1][0], points[i][1][1]], 
                                [points[i][1][0], points[i][1][3]], 
                                [points[i][1][2], points[i][1][3]],
                                [points[i][1][2], points[i][1][1]]]
            shape['group_id'] = None
            shape['shape_type'] = 'polygon'
            shape['flags'] = {}
            shapes.append(shape)
        json_str['shapes'] = shapes
        json_str['imagePath'] = label_name + '.JPG'
        json_str['imageData'] = None
        json_str['imageHeight'] = height
        json_str['imageWidth'] = width
        with open(os.path.join(args.save_dir, label_name + '.json'), 'w') as f:
            json.dump(json_str, f, indent=2)

if __name__ == '__main__':
    main()

5、voc数据转coco

coco格式也基于json文件描述标注的，在paddledetection中使用voc格式训练时输出的指标是map50，而使用coco格式数据训练时输出的指标是coco map。基于map50是看不出最佳模型的性能差异，而基于coco map5095 则可以明显的看出各个模型性能的差异。

这里主要描述基于paddledetection将voc格式的数据转换为coco格式。现有数据格式如下，在Annotations中存储的是xml，在JPEGImages存储的是图片。

基于以下代码可以进行voc数据的格式化（进行输出划分），

#数据集划分
import os
voc_path='dataset/el-voc/'
root=voc_path+'JPEGImages'
# 遍历训练集
name = [name for name in os.listdir(root) if name.endswith('.jpg')]

train_name_list=[]
for i in name:
    tmp = os.path.splitext(i)
    train_name_list.append(tmp[0])

#读取数据
data_voc=[]
data_paddle=[]
for i in range(len(train_name_list)):
    line='JPEGImages/'+train_name_list[i]+'.jpg'+" "+"Annotations/"+train_name_list[i]+'.xml' 
    data_voc.append(train_name_list[i])
    data_paddle.append(line)
#把数据翻10倍
#data_voc=data_voc*10
#data_paddle=data_paddle*10

# 构造label.txt
cls_dict={'heipian':0,'heiban': 1, 'yinglie': 2, 'beibuhuashang': 3}
labels=list(cls_dict.keys())
print(data_paddle)
with open(voc_path+"label_list.txt","w") as f:
    for i in range(len(labels)):
        line=labels[i]+'\n'
        f.write(line)

# 将数据随机按照eval_percent分为验证集文件和训练集文件
# eval_percent 验证集所占的百分比
import random
eval_percent=0.2
seed=1234
index=list(range(len(data_paddle)))
random.seed(seed)
random.shuffle(index)

os.makedirs(voc_path+"ImageSets",exist_ok=True)


#--------用于将数据转换为voc格式--------
# 构造验证集文件
cut_point=int(eval_percent*len(data_voc))
with open(voc_path+"ImageSets/test.txt","w") as f:
    for i in range(cut_point):
        if i!=0: f.write('\n')
        line=data_voc[index[i]]
        f.write(line)

# 构造训练集文件
with open(voc_path+"ImageSets/trainval.txt","w") as f:
    for i in range(cut_point,len(data_voc)):
        if i!=cut_point: f.write('\n')
        line=data_voc[index[i]]
        f.write(line)

#--------用于paddle训练--------
# 构造验证集文件
cut_point=int(eval_percent*len(data_paddle))
with open(voc_path+"test.txt","w") as f:
    for i in range(cut_point):
        if i!=0: f.write('\n')
        line=data_paddle[index[i]]
        f.write(line)
# 构造训练集文件
with open(voc_path+"trainval.txt","w") as f:
    for i in range(cut_point,len(data_paddle)):
        if i!=cut_point: f.write('\n')
        line=data_paddle[index[i]]
        f.write(line)

同以上代码后生成的数据文件如下所示，其中绿框中的数据用于paddledetection训练，红框中的数用于格式转换，其是严格的voc格式。

绿框中的数据如下所示：

JPEGImages/A03-NB07-01-13_aug1.jpg Annotations/A03-NB07-01-13_aug1.xml
JPEGImages/A06-NB13-01-01_aug0.jpg Annotations/A06-NB13-01-01_aug0.xml
JPEGImages/A02-NB16-09-21_aug1.jpg Annotations/A02-NB16-09-21_aug1.xml
JPEGImages/A03-NB01-01-28_aug0.jpg Annotations/A03-NB01-01-28_aug0.xml
JPEGImages/A05-NB08-04-26_aug1.jpg Annotations/A05-NB08-04-26_aug1.xml

红框中的数据如下所示：

A03-NB07-01-13_aug1
A06-NB13-01-01_aug0
A02-NB16-09-21_aug1
A03-NB01-01-28_aug0
A05-NB08-04-26_aug1

基于现有的数据格式，可以使用paddledetection提供的工具将voc数据转换为coco格式。其中输出目录为--output_dir=dataset/el-coco/annotations

python tools/x2coco.py  --dataset_type voc  --voc_anno_dir dataset\el-voc\Annotations --voc_anno_list dataset\el-voc/ImageSets/trainval.txt  --voc_label_list dataset/el-voc/label_list.txt  --voc_out_name instances_train2017.json  --output_dir dataset/el-coco/annotations

python tools/x2coco.py  --dataset_type voc  --voc_anno_dir dataset\el-voc\Annotations --voc_anno_list dataset\el-voc/ImageSets/test.txt  --voc_label_list dataset/el-voc/label_list.txt  --voc_out_name instances_val2017.json  --output_dir dataset/el-coco/annotations

然后在dataset/el-coco/中创建images目录，将voc数据中的jpg图片拷贝到images目录中，具体如下所示：

在训练时，yml文件的数据配置写法如下所示：

metric: COCO
num_classes: 4
TrainDataset:
  name: COCODataSet
  image_dir: images
  anno_path: annotations/instances_train2017.json
  dataset_dir: dataset/el-coco
  data_fields: ['image', 'gt_bbox', 'gt_class', 'is_crowd']

EvalDataset:
  name: COCODataSet
  image_dir: images
  anno_path: annotations/instances_val2017.json
  dataset_dir: dataset/el-coco
  allow_empty: true

TestDataset:
  name: ImageFolder
  anno_path: annotations/instances_val2017.json # also support txt (like VOC's label_list.txt)
  dataset_dir: dataset/el-coco # if set, anno_path will be 'dataset_dir/anno_path'