セマンティック・セグメンテーション（MMSegmentation のインストールと動作確認）（PyTorch，Python を使用）（Windows 上）

【目次】

1. 前準備
2. MMDetection，MMSegmentation のインストール（Windows 上）
3. MMSegmentation を用いた画像のセグメンテーションの実行（Windows 上）

MMSegmentation

MMSegmentation は， OpenMMLab の構成物で，セグメンテーションの機能を提供する．

【文献】

MMSegmentation Contributors, MMSegmentation: OpenMMLab Semantic Segmentation Toolbox and Benchmark, https://github.com/open-mmlab/mmsegmentation, 2020.

【関連する外部ページ】

• MMSegmentation の公式ドキュメント: https://mmsegmentation.readthedocs.io
• MMSegmentation の訓練，検証，推論の公式チュートリアル: https://github.com/open-mmlab/mmsegmentation/blob/master/demo/MMSegmentation_Tutorial.ipynb
• MMSegmentation の公式の学習済みモデル: https://mmsegmentation.readthedocs.io/en/latest/model_zoo.html

【関連項目】 OpenMMLab, MMCV, MMSelfSup

前準備

Build Tools for Visual Studio 2022 のインストール（Windows 上）

Build Tools for Visual Studio は，Visual Studio の IDE を含まない C/C++ コンパイラ，ライブラリ，ビルドツール等のコマンドライン向け開発ツールセットである。

以下のコマンドを管理者権限のコマンドプロンプトで実行する （手順：Windowsキーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」）。

REM VC++ ランタイム
winget install --scope machine --accept-source-agreements --accept-package-agreements --silent --id Microsoft.VCRedist.2015+.x64

REM Build Tools + Desktop development with C++（VCTools）+ 追加コンポーネント（一括）
winget install --id Microsoft.VisualStudio.2022.BuildTools ^
  --override "--passive --wait --add Microsoft.VisualStudio.Workload.VCTools --includeRecommended --add Microsoft.VisualStudio.Component.VC.Llvm.Clang --add Microsoft.VisualStudio.ComponentGroup.ClangCL --add Microsoft.VisualStudio.Component.VC.CMake.Project --add Microsoft.VisualStudio.Component.Windows11SDK.26100"

--add で追加されるコンポーネント

上記のコマンドでは，まず Build Tools 本体と Visual C++ 再頒布可能パッケージをインストールし，次に setup.exe を用いて以下のコンポーネントを追加している。

• VCTools：C++ デスクトップ開発ワークロード（--includeRecommended により、MSVC コンパイラ、C++ AddressSanitizer、vcpkg、CMake ツール、Windows 11 SDK 等の推奨コンポーネントが含まれる）
• VC.Llvm.Clang：Windows 向け C++ Clang コンパイラ
• ClangCL：clang-cl ツールセットを含むコンポーネントグループ（MSBuild から Clang を使用するために必要）
• VC.CMake.Project：Windows 向け C++ CMake ツール
• Windows11SDK.26100：Windows 11 SDK（ビルド 10.0.26100）

インストール完了の確認

winget list Microsoft.VisualStudio.2022.BuildTools

上記以外の追加のコンポーネントが必要になった場合は Visual Studio Installer で個別にインストールできる。

Visual Studio の機能を必要とする場合は、追加インストールできる。

Python 3.12 のインストール

インストール済みの場合は実行不要。

以下のコマンドを管理者権限のコマンドプロンプトで実行する （手順：Windowsキーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」）。管理者権限は、wingetの--scope machineオプションでシステム全体にソフトウェアをインストールするために必要である。

REM Python 3.12 をシステム領域にインストール
winget install --scope machine --id Python.Python.3.12 -e --silent --accept-source-agreements --accept-package-agreements
REM Python のパス設定
set "PYTHON_PATH=C:\Program Files\Python312"
set "PYTHON_SCRIPTS_PATH=C:\Program Files\Python312\Scripts"
if exist "%PYTHON_PATH%" setx PYTHON_PATH "%PYTHON_PATH%" /M >nul
if exist "%PYTHON_SCRIPTS_PATH%" setx PYTHON_SCRIPTS_PATH "%PYTHON_SCRIPTS_PATH%" /M >nul
for /f "skip=2 tokens=2*" %a in ('reg query "HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Environment" /v Path') do set "SYSTEM_PATH=%b"
echo "%SYSTEM_PATH%" | find /i "%PYTHON_PATH%" >nul
if errorlevel 1 setx PATH "%PYTHON_PATH%;%PYTHON_SCRIPTS_PATH%;%SYSTEM_PATH%" /M >nul

【関連する外部サイト】

• Python公式サイト：https://www.python.org/

【サイト内の関連ページ】

• Python ガイド：別ページで説明 »

Git のインストール

以下のコマンドを管理者権限のコマンドプロンプトで実行する （手順：Windowsキーまたはスタートメニュー → cmd と入力 → 右クリック → 「管理者として実行」）。管理者権限は、wingetの--scope machineオプションでシステム全体にソフトウェアをインストールするために必要となる。

REM Git をシステム領域にインストール
winget install --scope machine --id Git.Git -e --silent --accept-source-agreements --accept-package-agreements
REM Git のパス設定
set "GIT_PATH=C:\Program Files\Git\cmd"
for /f "skip=2 tokens=2*" %a in ('reg query "HKLM\SYSTEM\CurrentControlSet\Control\Session Manager\Environment" /v Path') do set "SYSTEM_PATH=%b"
if exist "%GIT_PATH%" (
    echo "%SYSTEM_PATH%" | find /i "%GIT_PATH%" >nul
    if errorlevel 1 setx PATH "%GIT_PATH%;%SYSTEM_PATH%" /M >nul
)

【関連する外部ページ】

• Git の公式ページ: https://git-scm.com/

Build Tools for Visual Studio 2022，NVIDIA ドライバ，NVIDIA CUDA ツールキット 11.8，NVIDIA cuDNN 8.9.7 のインストール（Windows 上）

【サイト内の関連ページ】 NVIDIA グラフィックスボードを搭載しているパソコンの場合には， NVIDIA ドライバ， NVIDIA CUDA ツールキット， NVIDIA cuDNN のインストールを行う．

• Windows での Build Tools for Visual Studio 2022 のインストール: 別ページ »で説明
• Windows での NVIDIA ドライバ，NVIDIA CUDA ツールキット 11.8，NVIDIA cuDNN v8.9.7 のインストール手順: 別ページ »で説明

【関連する外部ページ】

• Build Tools for Visual Studio 2022 （ビルドツール for Visual Studio 2022）の公式ダウンロードページ: https://visualstudio.microsoft.com/ja/visual-cpp-build-tools/
• NVIDIA ドライバのダウンロードの公式ページ: https://www.nvidia.co.jp/Download/index.aspx?lang=jp
• NVIDIA CUDA ツールキットのアーカイブの公式ページ: https://developer.nvidia.com/cuda-toolkit-archive
• NVIDIA cuDNN のダウンロードの公式ページ: https://developer.nvidia.com/cudnn

PyTorch のインストール（Windows 上）

1. Windows で，管理者権限でコマンドプロンプトを起動（手順：Windowsキーまたはスタートメニュー > cmd と入力 > 右クリック > 「管理者として実行」）。
2. PyTorch のページを確認

   PyTorch の公式ページ: https://pytorch.org/index.html

3. 次のようなコマンドを実行（実行するコマンドは，PyTorch のページの表示されるコマンドを使う）．

   次のコマンドを実行することにより， PyTorch 2.3 （NVIDIA CUDA 11.8 用）がインストールされる． 但し，Anaconda3を使いたい場合には別手順になる．

   事前に NVIDIA CUDA のバージョンを確認しておくこと（ここでは，NVIDIA CUDA ツールキット 11.8 が前もってインストール済みであるとする）．

   PyTorch で，GPU が動作している場合には，「torch.cuda.is_available()」により，True が表示される．

   python -m pip install -U --ignore-installed pip
   python -m pip uninstall -y torch torchvision torchaudio torchtext xformers
   python -m pip install -U torch torchvision torchaudio numpy --index-url https://download.pytorch.org/whl/cu118
   
   python -c "import torch; print(torch.__version__, torch.cuda.is_available())" 
   

   
   Anaconda3を使いたい場合には， Anaconda プロンプト (Anaconda Prompt) を管理者として実行し， 次のコマンドを実行する． （PyTorch と NVIDIA CUDA との連携がうまくいかない可能性があるため，Anaconda3を使わないことも検討して欲しい）．

   conda install -y pytorch torchvision torchaudio pytorch-cuda=11.8 cudnn -c pytorch -c nvidia
   py -c "import torch; print(torch.__version__, torch.cuda.is_available())" 
   

   【サイト内の関連ページ】

   • Windows での PyTorch のインストール: 別ページ »で説明

   【関連する外部ページ】

   • PyTorch の公式ページ: https://pytorch.org/index.html

MMDetection，MMSegmentation のインストール（Windows 上）

インストールの方法は複数ある． ここでは， NVIDIA CUDA ツールキットを使うことも考え， インストールしやすい方法として，ソースコードからビルドしてインストールする方法を案内している．

1. Windows で，管理者権限でコマンドプロンプトを起動（手順：Windowsキーまたはスタートメニュー > cmd と入力 > 右クリック > 「管理者として実行」）。
2. PyTorch がインストールできていることを確認するために，PyTorch のバージョンを表示

   python -c "import torch; TORCH_VERSION = '.'.join(torch.__version__.split('.')[:2]); print(TORCH_VERSION)"
   

   
3. PyTorch が NVIDIA CUDA ツールキットを認識できていることを確認するために， PyTorch が認識しているNVIDIA CUDA ツールキット のバージョンを表示

   このとき，実際には 11.8 をインストールしているのに，「cu117」のように古いバージョンが表示されることがある．このような場合は，気にせずに続行する．

   python -c "import torch; CUDA_VERSION = torch.__version__.split('+')[-1]; print(CUDA_VERSION)"
   

   
4. 環境変数 PROTOCOL_BUFFERS_PYTHON_IMPLEMENTATION の設定

   システム環境変数 PROTOCOL_BUFFERS_PYTHON_IMPLEMENTATION に「python」を設定するために， コマンドプロンプトで，次のコマンドを実行する．

   この設定は，MMSegmentation 利用のときのエラーの回避のためである．関連する外部ページ: https://developers.google.com/protocol-buffers/docs/news/2022-05-06#python-updates

   powershell -command "[System.Environment]::SetEnvironmentVariable(\"PROTOCOL_BUFFERS_PYTHON_IMPLEMENTATION\", \"python\", \"Machine\")"
   

   
5. MIM，MMDetection, MMSegmentation のインストール

   インストール手順は， https://mmdetection.readthedocs.io/en/latest/get_started.html による．

   python -m pip install -U --ignore-installed pip
   python -m pip uninstall -y openmim mmdet mmseg mmsegmentation mmcv mmcv-full opencv-python opencv-python-headless
   python -m pip install -U openmim opencv-python
   cd /d c:%HOMEPATH%
   rmdir /s /q mmdetection
   git clone https://github.com/open-mmlab/mmdetection.git
   cd mmdetection
   mim uninstall -y mmdet
   pip install -r requirements.txt
   mim install -e .
   mim list
   python -c "import mmdet; print(mmdet.__version__)"
   

   （途中省略）
   
6. MMSegmentation のインストール

   https://mmdetection.readthedocs.io/en/latest/get_started.html による．

   cd /d c:%HOMEPATH%
   rmdir /s /q mmsegmentation
   git clone https://github.com/open-mmlab/mmsegmentation.git
   cd mmsegmentation
   mim uninstall -y mmsegmentation
   pip install -r requirements.txt
   mim install -e .
   mim list
   python -c "import mmseg; print(mmseg.__version__)"
   

   （途中省略）
   
7. mim list の実行により確認

   mim list
   

   
8. MMDetection, MMSegmentation をインストールできたことの確認

   エラーメッセージが出ないこと．

   python -c "import mmdet; print(mmdet.__version__)"
   python -c "import mmseg; print(mmseg.__version__)"
   

   

MMSegmentation を用いた画像のセグメンテーションの実行（Windows 上）

画像のセマンティック・セグメンテーション（CityScapes, DeepLabV3plus, R-101-D8 を使用）

1. Windows のコマンドプロンプトを開く
2. 事前学習済みモデルのダウンロード

   Cityscapes データセットを用いての事前学習済みモデルを使用している．

   MMSegmentation の model zoo のページ: https://github.com/open-mmlab/mmsegmentation/blob/master/docs/en/model_zoo.md

   ここではCityScapes, DeepLabV3plus, R-101-D8 を選ぶことにする． Cityscapes データセットで学習済みのモデルである．

   • deeplabv3plus_r101-d8_4xb2-80k_cityscapes-512x1024.py
   • deeplabv3plus_r101-d8_512x1024_80k_cityscapes_20200606_114143-068fcfe9.pth

   次のコマンドを実行する．dir /w の実行により，ファイル名「deeplabv3plus_r101-d8_512x1024_80k_cityscapes_20200606_114143-068fcfe9.pth」を確認する．

   cd /d c:%HOMEPATH%\mmsegmentation
   mkdir checkpoints
   cd checkpoints
   mim download mmsegmentation --config deeplabv3plus_r101-d8_4xb2-80k_cityscapes-512x1024 --dest .
   dir /w
   

   
3. Python プログラムの実行
   Python プログラムの実行

   • Windows では python （Python ランチャーは py）
   • Ubuntu では python3

   Python 開発環境（Jupyter Qt Console, Jupyter ノートブック (Jupyter Notebook), Jupyter Lab, Nteract, Spyder, PyCharm, PyScripterなど）も便利である．

   Python のまとめ: 別ページ »にまとめ

   python
   

4. 次の Python プログラムを実行する．

   セマンティック・セグメンテーションを行う．

   プログラムは，公式ページ https://mmsegmentation.readthedocs.io/en/latest/get_started.html のものを書き換えて使用．

   このプログラムは、MMSegmentationライブラリを使用して、事前学習済みのDeepLabV3+モデルを初期化し、指定された画像に対してセグメンテーションを実行します。推論結果は、元の画像に重ねて表示されます。

   import os
   import torch
   from mmseg.apis import init_model, inference_model, show_result_pyplot
   import mmcv
   
   def initialize_model(config_file, checkpoint_file, device):
       model = init_model(config_file, checkpoint_file, device=device)
       return model
   
   def load_image(img_path):
       if img_path.startswith('http'):
           img = mmcv.imread(img_path)
       else:
           img = img_path
       return img
   
   def perform_inference(model, img):
       result = inference_model(model, img)
       return result
   
   def main():
       os.chdir((os.getenv('HOMEPATH') + '\\' + 'mmsegmentation'))
       device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
       config_file = 'configs/deeplabv3plus/deeplabv3plus_r101-d8_4xb2-80k_cityscapes-512x1024.py'
       checkpoint_file = 'checkpoints/deeplabv3plus_r101-d8_512x1024_80k_cityscapes_20200606_114143-068fcfe9.pth'
       model = initialize_model(config_file, checkpoint_file, device)
       img_path = 'https://raw.githubusercontent.com/open-mmlab/mmsegmentation/main/demo/demo.png'
       img = load_image(img_path)
       result = perform_inference(model, img)
       show_result_pyplot(model, img, result, opacity=0.5)
   
   if __name__ == '__main__':
       main()
   

   
5. 結果が表示される

   エラーメッセージが出ないことを確認．

   

動画ファイルのセマンティック・セグメンテーション

1. 動画ファイル video.mp4 を %HOMEPATH%\mmsegmentation に置く
2. 動画ファイルのセグメンテーションを行う Python プログラム

   次の Python プログラムを実行する．mmcv を用いた表示を行うので，Jupyter QtConsole や Jupyter ノートブック (Jupyter Notebook) の利用が便利である．

   import os
   import torch
   from mmseg.apis import inference_model, init_model, show_result_pyplot
   import mmcv
   
   os.chdir((os.getenv('HOMEPATH') + '\\' + 'mmsegmentation'))
   config_file = 'configs/deeplabv3/deeplabv3_r50-d8_4xb2-80k_cityscapes-512x1024.py'
   checkpoint_file = 'checkpoints/deeplabv3_r50-d8_512x1024_80k_cityscapes_20200606_113404-b92cfdd4.pth'
   device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
   model = init_model(config_file, checkpoint_file, device=device)
   video = mmcv.VideoReader(os.getenv('HOMEPATH') + '\\' + 'mmdetection' + '\\' + 'demo' + '\\' + 'demo.mp4')
   
   from mmseg.registry import VISUALIZERS
   visualizer = VISUALIZERS.build(model.cfg.visualizer)
   visualizer.dataset_meta = model.dataset_meta
   
   for frame in video:
       result = inference_model(model, frame)
       image = mmcv.imconvert(frame, 'bgr', 'rgb')
       visualizer.add_datasample('result', image, data_sample=result, show=False, draw_gt=False)
       mmcv.imshow(visualizer.get_image(), wait_time=100)
   

   
3. 結果が表示される

   エラーメッセージが出ないことを確認．

   

パソコンのカメラのセマンティック・セグメンテーション

1. 事前学習済みモデルのダウンロード

   Cityscapes データセットを用いての事前学習済みモデルを使用している．

   MMSegmentation の model zoo のページ: https://github.com/open-mmlab/mmsegmentation/blob/master/docs/en/model_zoo.md

   ここではCityScapes, DeepLabV3, R-50-D8 を選ぶことにする． Cityscapes データセットで学習済みのモデルである．

   • configs/deeplabv3/deeplabv3_r50-d8_512x1024_80k_cityscapes.py
   • https://download.openmmlab.com/mmsegmentation/v0.5/deeplabv3/deeplabv3_r50-d8_512x1024_80k_cityscapes/deeplabv3_r50-d8_512x1024_80k_cityscapes_20200606_113404-b92cfdd4.pth

   次のコマンドを実行する．

   cd /d c:%HOMEPATH%\mmsegmentation
   mkdir checkpoints
   cd checkpoints
   curl -O https://download.openmmlab.com/mmsegmentation/v0.5/deeplabv3/deeplabv3_r50-d8_512x1024_80k_cityscapes/deeplabv3_r50-d8_512x1024_80k_cityscapes_20200606_113404-b92cfdd4.pth
   dir /w
   

   
2. 動画ファイルのセグメンテーションを行う Python プログラム

   次の Python プログラムを実行する．mmcv を用いた表示を行うので，Jupyter QtConsole や Jupyter ノートブック (Jupyter Notebook) の利用が便利である．

   import os
   import torch
   import cv2
   from mmseg.apis import inference_model, init_model, show_result_pyplot
   import mmcv
   
   os.chdir((os.getenv('HOMEPATH') + '\\' + 'mmsegmentation'))
   config_file = 'configs/deeplabv3/deeplabv3_r50-d8_4xb2-80k_cityscapes-512x1024.py'
   checkpoint_file = 'checkpoints/deeplabv3_r50-d8_512x1024_80k_cityscapes_20200606_113404-b92cfdd4.pth'
   device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
   model = init_model(config_file, checkpoint_file, device=device)
   video = mmcv.VideoReader(os.getenv('HOMEPATH') + '\\' + 'mmdetection' + '\\' + 'demo' + '\\' + 'demo.mp4')
   
   from mmseg.registry import VISUALIZERS
   visualizer = VISUALIZERS.build(model.cfg.visualizer)
   visualizer.dataset_meta = model.dataset_meta
   
   v = cv2.VideoCapture(0)
   while(v.isOpened()):
       r, f = v.read()
       if ( r == False ):
           break
       result = inference_model(model, f)
       image = mmcv.imconvert(f, 'bgr', 'rgb')
       visualizer.add_datasample('result', image, data_sample=result, show=False, draw_gt=False)
       mmcv.imshow(visualizer.get_image(), wait_time=100)
   

   
3. 結果が表示される

   エラーメッセージが出ないことを確認．

   
4. 事前学習済みモデルのダウンロード

   Pascal VOC データセットを用いての事前学習済みモデルを使用している．

   MMSegmentation の model zoo のページ: https://github.com/open-mmlab/mmsegmentation/blob/master/docs/en/model_zoo.md

   ここではPascal VOC, DeepLabV3, R-50-D8 を選ぶことにする． Cityscapes データセットで学習済みのモデルである．

   • configs/deeplabv3plus/deeplabv3plus_r50-d8_4xb4-80k_ade20k-512x512.py
   • https://download.openmmlab.com/mmsegmentation/v0.5/deeplabv3plus/deeplabv3plus_r50-d8_512x512_80k_ade20k/deeplabv3plus_r50-d8_512x512_80k_ade20k_20200614_185028-bf1400d8.pth

   次のコマンドを実行する．

   cd /d c:%HOMEPATH%\mmsegmentation
   mkdir checkpoints
   cd checkpoints
   curl -O https://download.openmmlab.com/mmsegmentation/v0.5/deeplabv3plus/deeplabv3plus_r50-d8_512x512_80k_ade20k/deeplabv3plus_r50-d8_512x512_80k_ade20k_20200614_185028-bf1400d8.pth
   dir /w
   

   
5. 動画ファイルのセグメンテーションを行う Python プログラム

   次の Python プログラムを実行する．mmcv を用いた表示を行うので，Jupyter QtConsole や Jupyter ノートブック (Jupyter Notebook) の利用が便利である．

   import os
   import torch
   import cv2
   from mmseg.apis import inference_model, init_model, show_result_pyplot
   import mmcv
   
   os.chdir((os.getenv('HOMEPATH') + '\\' + 'mmsegmentation'))
   config_file = 'configs/deeplabv3plus/deeplabv3plus_r50-d8_4xb4-80k_ade20k-512x512.py'
   checkpoint_file = 'checkpoints/deeplabv3plus_r50-d8_512x512_80k_ade20k_20200614_185028-bf1400d8.pth'
   device = torch.device('cuda' if torch.cuda.is_available() else 'cpu')
   model = init_model(config_file, checkpoint_file, device=device)
   video = mmcv.VideoReader(os.getenv('HOMEPATH') + '\\' + 'mmdetection' + '\\' + 'demo' + '\\' + 'demo.mp4')
   
   from mmseg.registry import VISUALIZERS
   visualizer = VISUALIZERS.build(model.cfg.visualizer)
   visualizer.dataset_meta = model.dataset_meta
   
   v = cv2.VideoCapture(0)
   while(v.isOpened()):
       r, f = v.read()
       if ( r == False ):
           break
       result = inference_model(model, f)
       image = mmcv.imconvert(f, 'bgr', 'rgb')
       visualizer.add_datasample('result', image, data_sample=result, show=False, draw_gt=False)
       mmcv.imshow(visualizer.get_image(), wait_time=100)
   

   
6. 結果が表示される

   エラーメッセージが出ないことを確認．