Image Classification 대회
대회
개요

3500개 정도의 이미지를 17개 클래스로 이미지 분류 후 csv 제출
f1 macro score 가 평가 기준

분석

csv 하나 제출인데 score 는 public, private 이 존재

public 은 아마도 제출된 csv 에서 특정 분포에 대한 점수 일 것으로 생각

f1 macro 기 때문에 특정 클래스에 가중을 줄 순 없다 판단

macro 는 클래스별 동일 가중치


그렇다며 좀 더 augmentation 이 덜 적용되어 train 데이터가 효과적으로 예측할 수 있는 분포일까?


private 은 모델 성능을 평가해야하므로 전체 데이터 혹은 좀더 예측이 어려운 데이터를 포함한 분포일 것으로 생각



제공 환경

vpn
ssh
AMD Ryzen Threadripper 3970X 32-Core Processor
RTX 3090, 24Gb

개인적인 목표

 wandb 사용
 model 생성 끝까지

이제 까지 프로젝트에서 모델링쪽 롤을 하지 않았으니 이번엔 모델링을 따라가 보자



팀
운영

각자 모델링 -> 앙상블

각자의 augmentation 데이터로 모델링 -> 앙상블
개인 산출물

model weight
class 예측에 대한 confusion matrix
f1 macro score




공유는 지속적으로

EDA

제공된 이미지들의 크기 분포를 확인
훈련 데이터 셋의 이미지들의 클래스 분포를 확인

14 클래스는 각 100개
1  클래스가 50개 정도
2  클래스가 75개 정도


14 개 클래스는 문서, 나머지는 자동차 번호판, 자동차 대시보드등
눈으로 데이터 셋 차이 확인

데이터 셋 별 특징

train set

1500 장 정도
정방향


test dataset

3000 장 정도, train datset x 2
각종 noise 가 중첩으로 적용되어 있음

회전, filp 포함
가우시안 노이즈
색상 변경


눈으로 글자식별이 어려운 경우도 꽤 있음
노이즈가 너무 심한 경우 선도 식별이 어려울 정도




문서이기 때문에 각종 글자가 많이 포함됨



계획

ocr

멘토의 조언에 의한


data augmentation

test 에만 noise 가 포함되어 있음

train set 에 각종 noise 를 포함켜 양을 늘리는 augmentation 이 필수적으로 필요
noise 를 여러 조합으로 랜덤하게 늘림


train set 데이터 양이 더 적음
데이터 부족한 class 도 있음

over sampling

추가 증강 의미






팀원이 새로이 baseline 를 기반으로 데이터를 증강으로 시작
모델 교체 + 하이퍼파라메터 튜닝을 해가면서 진행
f1 스코어가 높은 아이템을 모델 저장

멘토링

ocr 까진 필요 없을 것 
모델 선택의 근거는?

테스트의 영역
모델군들에서 라이트한 모델을 선택해서 테스트 진행

각 모델군은 경향성을 보이기 때문
대충 파라메터 모델 튜닝후 모델 선택




loss 는 데이터에 imbalance가 있으니 아래 것들을 고민해 봐라

focal loss
asymmetric loss
weighted cross entropy loss



진행

augmentation

훈련 이미지 1,500 개 -> 팀원 마다 80,000 ~ 180,000 개 수준으로 증강


model

후보선정

멘토링때 언급된 모델
sota
팀원과 겹치지 않는 것도 앙상블을 위해 의미있을 것


선택

efficientnet-b5 를 선택

이유 

팀원과 겹치지 않는 모델
이미지가 눈으로 식별이 어려워서 resnet34 등이 학습한 224x224 해상도로는 식별이 안되 분류가 어려울 것으로 예상
문서의 복잡도를 감안하여 test dataset 에 가까운 이미지 크기로 학습된 모델을 사용하고자 함

24gb 의 rtx3090 으로는 b7, b6 에 대한 학습 진행이 불가하여 b5 를 차선으로 선택
batchsize=16 에서 훈련 가능한 것 확인










modeling

초반에는 팀원이 baseline 코드로 제공한 convnext 모델로 데이터만 증강하여 진행
efficientnet-b5 선택 이후 성능을 더 올리기 위해 추가 데이터를 증강
이 과정에서 데이터도 versioning 이 필요하다는 것을 직감

이미 팀원은 그렇게 하시는 분이 존재
데이터 증강후 눈으로 샘플 확인, 분포 그래프 화를 위해 jupyter-notebook 로 진행

jupyter-notebook 특성상 버전관리(git)가 어려워 파일명에 버저닝을 붙여 복사 진행
생성되는 데이터도 버전 디렉토리를 만들어서 생성




모델링 진행

1 epoch 기준 40분 정도 소요


loss 는 모델마다 cross entropy 부터 focal loss, assymmetric loss 등이 다양하게 적용되었다
cosine annealing lr 적용
efficientdet 같은 모델은 BiFPN 레이어를 장착하여 학습
stratified k-fold 가 기본이 될줄알았으나 데이터 증강을 통해 양이 늘어났기 때문인지 모두가 random split을 사용


사고

서버가 갑자기 접속이 되지 않고 메시지 웹을 보니
The server was shut down due to excessive use of disk or memory. Due to the nature of the system, data recovery is not possible, so please create a new server and use it.

문의 결과 데이터 복구 불가, 상시 백업하라는 피드백
마지막 날이라 복구가 불가능해서 모델 뽑지 못함


이후

난 서버가 터져서 작업본이 날아갔기 때문에

팀원들이 제출한 csv 파일에서 서로 틀리게 예측한 것들을 diff
이를 시각화하여 어떤 것을 예측못하나 확인


마지막날이니만큼 팀원들이 각자의 데이터에서 훈련한 각자의 모델 가중치를 가지고 앙상블

앙상블 할때마다 연금술 마냥 public f1 score가 상승
팀원들이 생성한 모델, 전부다 앙상블에 참여한 것은 아님

convnext_tiny
densenet121
efficientnet_b0
mobilenet_v2
mobilenet_v3
resnet18
resnet50
shufflenet
squeezenet







최종 결과

1등

leader board

public 2등
private 1등





결과 피드백

앙상블은 다양성이 중요

학습 데이터 차이
특히 모델 차이, 모델마다 잘뽑는 피쳐에 강점이 다르다


타 팀들은 잘못 레이블된 train set을 잡고 시작함
TTA 를 적용한 팀들이 좀 있음, 적용하면 좋을 것 같다

denoise 를 할건지 학습한 noise 를 할건지는 선택일까?


online augmentation

적용시 gpu가 놀지 않도록 해야하며 상황에 맞춰서 cpu 자원을 활용해야한다


결과를 보고 다시 피드백하는 과정이 중요, 모델이 무엇을 못하는가

가설과 실험 수정의 루프


wandb

sweep

하이퍼파라메터 시각화


eda

 예측결과 시각화가 가능, 찾아볼 것 @todo




실제 대회에서, 롤 관련해서 나누게되면 나중에 앙상블 재료가 없는 단점이 있다.

wrap up

대회의 목표

cv 모델 학습부터 평가까지의 프로세스에 대한 경험
모델의 점진적 개선 프로세스 경험


메인 루트

eda 전 눈으로 데이터 확인 -> 어떤 실험할지 결정
일단 제출해서 점수가 어디서 시작하는지 체크
epoch, lr, backbone 들 확인하면서 리더보드 감 잡기
validation set 디자인

public score 와 correlation 이 있어야한다

test set 면밀히 검토




eda 시작

imbalance, mislable


예측 결과를 가지고 무엇을 못하는지 판단해야한단하고 피드백
앙상블해서 제출좀해본다


제작자의 의도

현업에서 풀고자 하는 문제 
대회가 운에의해서 좌우되지 않도록

적용한 augmentation 을 적용하면 점수가 오르도록
기본적인 efficientnet, resnet 등으로 테스트
앙상블시 점수 오르는 것 확인됨




중요한 경험, 생각의 관점

대회의 목적이 뭘까, 문제가 풀고자하는 것의 이해
ml/dl 로만 풀어 풀어야하는 문제인가?
대회의 평가 지표가 해당문제를 잘 풀었다고 할 수 있는건가?
풀고자하는 문제, 평가 지표 지표에 맞춰 eda -> 가설
가설 노트 정리
대회 종류 이후

one-page 정리
내재화, 타팀의 솔루션 포함
읽었던 논문등 깊게 이해




대회의 의미

회고 :retrospective:

ssh 개발 환경

pycharm 은 유료 버전인데도 ssh 개발환경에서는 jupyter-notebook 파일에서 markdown cell 을 표시 못함

vscode 로 진행


기본적인 것은 서버에 몇개 바로 설치하고 가는게 빠르다

tmux 
vim
lazygit


데이터 셋도 서버에 있다보니 사실 눈으로 확인만 하면되는데 jupyter-notebook 을 통해 불편하게 확인해서 시간이 소모

local 에서 서버 디렉토리를 mount 해버렸어도 되었을 것 같고
jupyter-notebook 에서 코드로 시각화 하느니

target class 로 분류된 이미지들을 각각의 target class 디렉토리에 나눠서 이미지 뷰어로 확인하는게 나은것 같다

scp 로 로컬 전송후 확인








eda

내가 어떤 데이터를 분류하려고하는지, 어떤 노이즈가 있는지를 시각적으로 확인
class 분포를 가지고 loss 함수에 대한 선택 인사이트 제공

따라가기 급급해서 나는 그냥 cross entropy 씀
다음에는 제대로된 loss 도 적용해보자


데이터 해상도를 시각화하여 어떤 모델(규모)을 선택할지에 대한 인사이트

 이건 이론적으로 의미있는지 검증되지 않은 내 생각

chatgpt 는 긍정적으로 답변






서버 터짐 사고

서버에 git 을 설치해서 버전관리를 하고 있었는데 서버가 깨질것을 상상하지 못해 push를 하지 않아 결과를 만들지 못함
remote 에 주기적으로 git-push 하자


일정 관리

대회 기간전 학습 마지막주에 서버가 열리는데 이때 학습이 아닌 대회에 집중을 해야한다

gpu 사용과 submission 이 시간에 비례하기 때문
어차피 수업이 논문 설명이 갑자기 시작되는 구조기 때문에 사전지식이 없다면 시간낭비일 가능성이 높다

먼저 손으로 해봐야 이론에 대한 니즈가 생길 것


프로토타입은 먼저 만들어서 구동하고 모델 돌리면서 수업을 듣던가 하자




코드 익숙도

albumentations 라는 라이브러리를 썼는데

mix-up noise 생성을 지원하지 않아 해당 noise 는 코드로 구현해야 하는 부분에서 시간이 다소 소요되었다
이 부분은 코드를 적극적으로 쓰면서 늘어갈 것 기대




모델링

모델 선택에 대한 근거가 부족했는데 멘토링때 질문을 통해 다소 해소되었다
모델보다는 데이터에 대한 중요성이 우선
지금 까지의 경험으로는 모델링은 틀이 있어서 이에 대해 익숙해지고 프로토타입 코드를 빠르게 뽑도록 익숙해져야 유리


툴

강의나 특강에서도 계속적으로 언급되는 wandb 를 이번에 맛보기로 사용

wandb 는 파라메터 튜닝을 지원

그럼 optuna 는?




이전 강의 때 배운 mlflow 가 이쁘진 않지만 이런 실험에서 많은 고민을 덜어줄 수 있을 것 같다고 생각
wandb vs mlflow

mlflow 는

좀 찾아보니 linux foundation 재단에서 운영
github star 가 가장 많음
ui 이가 상대적으로 구려서 선택에 고민이 있는 사람들이 많은 것 같음
추가적으로 model registry 를 지원하는 점이 wandb 와 구분되는 특징으로 선택의 기준이 되기도 했었던듯

그러나 지금은 wandb 도 artifact 저장을 지원

cloud 5gb 무료








필요한 기능은?

파라메터 튜닝에 대한 시각화 기록
모델 가중치 저장


필요한 기능은 어차피 지원하는 거 같고 하나를 정해서 쓰면 될텐데

가중치는 여러개 저장하기에 5gb는 힘들 수 있으니 mlflow 를 환경으로 가져가는게 좋겠음




결과에서

이번에는 computer-vision 석사 전공자 분이 계서 리드를 받으면서 캐리해주심
딥러닝이나 머신러닝 모두 데이터처리, loss, 하이퍼파라메터 튜닝, 앙상블등 큰흐름이 같음

좀 더 능력자를 빨리 만나는게 이 프로세스를 빨리 경험하고 이해하는게 상황을 많이 바꿧을 것이란 생각하니 안타까움이 반





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