faster rcnn流程

Posted 2020-09-17 庖丁解牛

1、执行流程

数据准备

train_net.py中combined_roidb函数会调用get_imdb得到datasets中factory.py生成的imdb
然后调用fast_rcnn下的train.py中get_training_roidb，
进而调用roi_data_layer下roidb.py中的prepare_roidb会为roidb添加image等信息。

数据输入

roi_data_layer下layer.py中的forword函数会调用minibatch.py中的get_minibatch得到输入信息。
‘data’是数据信息
‘gt_boxes’包含roidb[‘boxes‘]*imscale(缩放尺寸)和roidb[‘gt_classes‘]为n*5的数组
‘im_info’是[图片行，图片列，imscale]
conv1-conv5 dcnn层
conv1/pool1/conv2/poll2缩小了16倍，后面的三个卷积stride：1

RPN模块

rpn_conv/3x3层，3*3卷积卷积层，featuremap为256。每个像素点用256的向量表示。
rpn_cls_score层，生成2(bg/fg) * (anchors)的output。
rpn_bbox_pred层，生成4 * (anchors)的output。
这里的4暗示的是（x-xa）/wa;（y-ya）/ha; log(w/wa); log(h/ha);
rpn_cls_score_reshape层将rpn_cls_score转化为rpn_cls_score_reshape
shape { dim: 0 dim: 2 dim: -1 dim: 0 }
batch不变，channel为2，行变成了原来的anchors倍，列数不变。
口->日
AnchorTargetLayer层
输入：  
bottom: ‘rpn_cls_score‘#只是为了确定大小height、width
bottom: ‘gt_boxes‘框的ground truth
bottom: ‘im_info‘过滤不在图片内部的
bottom: ‘data‘
输出：
top: ‘rpn_labels‘大小是1，1，A*height，width，A是anchar的数目
top: ‘rpn_bbox_targets‘大小是1，A*4，height，width
top: ‘rpn_bbox_inside_weights‘大小是1，A*4，height，width
top: ‘rpn_bbox_outside_weights‘大小是1，A*4，height，width
shifts是每个点*_feat_stride的（x，y），这里feat_stride=16，可以理解为rpn_cls_score映射到原图的坐标点。K是点数应该基本等于height*width。
all_anchors是这些坐标点处安放anchor后的信息，大小是（K*A），4。total_anchors = int(K * A)
过滤不在图片内部的得到anchors。
计算anchors和gt_boxes的overlap，判断K*A个那些为正，那些为负。
最后labels中存在的是抽样的，抽128个fg，正样本不够128，负样本多取点，凑够256个。不用的赋值为-1。
bbox_targets存储的是anchors和最高重叠的gt的（x*-xa）/wa,(y*-ya)/ha,log(w*/wa),log(h*/hg),*为gt。
bbox_inside_weights被抽中的正类为1，其他为0；
bbox_outside_weights外部权重，目前负例的外部权重=正例的外部权重=np.ones((1, 4)) * 1.0 / np.sum(labels >= 0)
ps:可以全是负样本，但是也没什么用，回归框没什么用，但是label还是有用的。
rpn_loss_cls层
计算rpn_cls_score_reshape和rpn_labels的loss。知道reshape的作用了吧。ignore_label: -1
rpn_loss_bbox层
计算smoothL1的loss。
bottom: "rpn_bbox_pred"
bottom: "rpn_bbox_targets"
bottom: ‘rpn_bbox_inside_weights‘
bottom: ‘rpn_bbox_outside_weights‘

RoI Proposal模块

rpn_cls_prob层基于rpn_cls_score_reshape生成概率，大小为1，2，A*height，width
rpn_cls_prob_reshape层将rpn_cls_prob进行Reshape为1,2*A,height,width。
ProposalLayer层
将RPN的输出转变为object proposals。
bottom: ‘rpn_cls_prob_reshape‘#用于nms
bottom: ‘rpn_bbox_pred‘#生成候选框
bottom: ‘im_info‘#生成的框别出图像外了
输出：rpn_rois
bbox_deltas（rpn_bbox_pred）和anchors得到所有的proposals，proposals的大小和bbox_deltas一样。1，A*4，height，width
# bbox deltas will be (1, 4 * A, H, W) format
# transpose to (1, H, W, 4 * A)
# reshape to (1 * H * W * A, 4) where rows are ordered by (h, w, a)
# in slowest to fastest order
bbox_deltas = bbox_deltas.transpose((0, 2, 3, 1)).reshape((-1, 4))
图片外的重算下不能小于0大于图片宽高（im_info）
宽度和高度要大于等于RPN_MIN_SIZE（16）
按照scores（bottom[0].data[:, self._num_anchors:, :, :]为fg）概率自高到低取RPN_PRE_NMS_TOP_N个候选，进行nms，nms后选择RPN_POST_NMS_TOP_N个。
最后添加第一列为0，rpn_roisde的每行为[0,x,y,w,h]
ProposalTargetLayer层（也是为了后面的loss服务的）
计算回归差参考rcnn的论文附录C. Bounding-box regression。
bottom: ‘rpn_rois‘#rpn得到的所有区域
bottom: ‘gt_boxes‘#包括boxes、gt_classes
  
top: ‘rois‘#区域块(0，x1,y1,x2,y2)
top: ‘labels‘#标签
top: ‘bbox_targets‘#4N(计算的rois和最新gt的target)
top: ‘bbox_inside_weights‘#1
top: ‘bbox_outside_weights‘#1
setup输出的大小为：(1, 5)(1, 1)和(1, self._num_classes * 4)(1, self._num_classes * 4)(1, self._num_classes * 4)，第一个维度大小根据下面的运算再reshape。
按照FG_THRESH、BG_THRESH_HI、BG_THRESH_LO抽取背景前景。
按照gt_boxes给labels赋标签，bg为0。rois为最后留下的。
bbox_targets为4N，只有labels（N个类别）的那个4是有值的。bbox_inside_weights类似。bbox_outside_weights=inside。

RCNN模块

ROIPooling层，进行POIpooling。得到roi_pool_conv5大小为rois的多少*256(conv5的output)*6*6。
fc6-fc7得到rois的多少*4096。
cls_score得到：rois的多少*N(类别)，即cls_score
bbox_pred得到: rois的多少*4N，即bbox_pred

loss_cls计算cls_score和labels的loss。
loss_bbox计算bbox_pred和bbox_targets的loss。

附录

A=9的示例
# anchors =
\#
# \-83   \-39   100    56
# \-175   \-87   192   104
# \-359  \-183   376   200
# \-55   \-55    72    72
# \-119  \-119   136   136
# \-247  \-247   264   264
# \-35   \-79    52    96
# \-79  \-167    96   184
# \-167  \-343   184   360

2、训练过程

设$FRCN_ROOT=/data/houkai/faster-rcnn/py-faster-rcnn/，在该目录下：
data/icdar为数据文件夹，Annotations是标注，hs是图片，ImageList.txt是文件名列表

必须要在data/cache/目录下把数据库的缓存文件.pkl给删除掉，否则其不会重新读取相应的数据库

./tools/train_net.py
--gpu 0
--solver models/pascal_voc/ZF/faster_rcnn_end2end/solver.prototxt
--weights data/imagenet_models/ZF.v2.caffemodel
--imdb hs
--iters 90000
--cfg experiments/cfgs/faster_rcnn_end2end.yml
output/faster_rcnn_end2end/hs中有生成的模型文件。
训练采用的参数：

‘TEST‘: {‘BBOX_REG‘: True,
          ‘HAS_RPN‘: True,
          ‘MAX_SIZE‘: 1000,
          ‘NMS‘: 0.3,
          ‘PROPOSAL_METHOD‘: ‘selective_search‘,
          ‘RPN_MIN_SIZE‘: 16,
          ‘RPN_NMS_THRESH‘: 0.7,
          ‘RPN_POST_NMS_TOP_N‘: 300,
          ‘RPN_PRE_NMS_TOP_N‘: 6000,
          ‘SCALES‘: [600],
          ‘SVM‘: False},

‘TRAIN‘: {‘ASPECT_GROUPING‘: True,//按宽高比shuffle
           ‘BATCH_SIZE‘: 128,//fastrcnn训练的样本数，每张图片抽取128张
           ‘BBOX_INSIDE_WEIGHTS‘: [1.0, 1.0, 1.0, 1.0],
           ‘BBOX_NORMALIZE_MEANS‘: [0.0, 0.0, 0.0, 0.0],//norm的均值
           ‘BBOX_NORMALIZE_STDS‘: [0.1, 0.1, 0.2, 0.2],//norm的方差
           ‘BBOX_NORMALIZE_TARGETS‘: True,//不用rpn是的归一化
           ‘BBOX_NORMALIZE_TARGETS_PRECOMPUTED‘: True,//计算ProposalTargetLayer中targets时norm。使用rpn时只能为true
           ‘BBOX_REG‘: True,//训练gt样本的regression
           ‘BBOX_THRESH‘: 0.5,//不用rpn时用于筛选样本,regression的参数
           ‘BG_THRESH_HI‘: 0.5,//[LO,HI]之间的算背景
           ‘BG_THRESH_LO‘: 0.0,
           ‘FG_FRACTION‘: 0.25,//128中前景的比例，不够负样本补充，如果负样本不够那就不够吧
           ‘FG_THRESH‘: 0.5,//rpn提取的候选和gt重合大于0.5算前景
           ‘HAS_RPN‘: True,
           ‘IMS_PER_BATCH‘: 1,//一次取一张
           ‘MAX_SIZE‘: 1000,
           ‘PROPOSAL_METHOD‘: ‘gt‘,
           ‘RPN_BATCHSIZE‘: 256,//rpn样本数
           ‘RPN_BBOX_INSIDE_WEIGHTS‘: [1.0, 1.0, 1.0, 1.0],//被抽中正例的内部权重，针对x,y,w,h。
           ‘RPN_CLOBBER_POSITIVES‘: False,//先按照RPN_NEGATIVE_OVERLAP挑选bg
           ‘RPN_FG_FRACTION‘: 0.5,//rpn样本数中，fg的比例
           ‘RPN_MIN_SIZE‘: 16,//rpn 宽高的最小尺寸
           ‘RPN_NEGATIVE_OVERLAP‘: 0.3,//选择rpn的阈值bg
           ‘RPN_NMS_THRESH‘: 0.7,//12000进程nms的阈值
           ‘RPN_POSITIVE_OVERLAP‘: 0.7,//选择rpn的阈值fg
           ‘RPN_POSITIVE_WEIGHT‘: -1.0,//uniform抽中正例的权重<0
           ‘RPN_POST_NMS_TOP_N‘: 2000,//nms后保留2000个
           ‘RPN_PRE_NMS_TOP_N‘: 12000,//按score自高向第取12000个框
           ‘SCALES‘: [600],
           ‘SNAPSHOT_INFIX‘: ‘‘,//输出模型前缀
           ‘SNAPSHOT_ITERS‘: 10000,
           ‘USE_FLIPPED‘: True,//水平翻转
           ‘USE_PREFETCH‘: False//没有prefetch
    },

命令：

./tools/train_net.py --gpu 0 --solver models/hs/solver.prototxt --weights data/imagenet_models/VGG16.v2.caffemodel --imdb hs --iters 500000 --cfg experiments/cfgs/faster_rcnn_end2end.yml